Геологи давно заметили странную вещь: если сравнить образцы горных пород с поверхности Земли и древние метеориты, из которых когда-то сформировалась наша планета, количество свинца в них сильно расходится. На поверхности оказывается слишком много молодого свинца и слишком мало древнего. Это создавало парадокс: данные как будто говорили о том, что Земля моложе метеоритов, которые её образовали, — что, конечно, невозможно. Куда делся весь первичный свинец, учёные долгое время не могли объяснить.
Чтобы разобраться в этом, нужно понять, как свинец вообще используется в геологии. У него есть несколько разновидностей — изотопов. Три из них образуются со временем из урана и тория, а четвёртый, свинец-204, существует на Земле с самого начала. Сравнивая их соотношения, учёные могут определять возраст пород и отслеживать, как вещество перемещается между корой, мантией и ядром планеты. Именно поэтому нехватка древнего свинца так беспокоила исследователей — она нарушала всю картину.
Учёные из Наньянского технологического университета решили проверить одну из гипотез: а что, если недостающий свинец просто спрятан глубоко в мантии Земли? Они знали, что свинец легко соединяется с серой, и сосредоточились на изучении сульфида свинца в условиях огромного давления и температуры, характерных для глубоких слоёв планеты. Для этого использовалось специальное программное обеспечение CALYPSO, позволяющее проводить компьютерное моделирование таких экстремальных условий.
Результаты оказались неожиданными. Сульфид свинца при давлении в глубинах мантии оказался удивительно устойчивым — он оставался твёрдым даже при температурах, близких к 5000 °C. Это значит, что древний свинец мог накапливаться там в виде скрытых резервуаров, никогда не поднимаясь на поверхность и не вступая в контакт с ураном или торием. Именно поэтому его так и не находили в поверхностных образцах. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Кроме того, моделирование показало, что в таких условиях сульфид свинца может образовывать две новые химические структуры. Первая — PbS₂ — остаётся твёрдой даже в самых жёстких условиях и никуда не движется. Вторая — PbS₃ — имеет более низкую температуру плавления, а значит, может постепенно просачиваться к поверхности. Именно это вещество, по всей видимости, и даёт тот свинец, который сегодня обнаруживают в вулканических породах.
Открытие не только объясняет давнюю загадку, но и открывает новые возможности для понимания того, как формируются другие планеты. В ближайших планах команды — воссоздать условия глубинной мантии в лаборатории, чтобы проверить полученные результаты на практике, а также продолжить поиск подтверждений в реальных образцах вулканических пород.
