Каким образом алмазы размером с картофелину выносятся наверх со скоростью до сорока миль в час (64 км/ч; здесь и далее прим. onua.org) от мест их рождения, находящихся в ста милях (160 км) под поверхностью Земли? Существует ли внутри Земли скрытое царство жизни? Имеются ли там запасы нефти и природного газа в объёмах, превышающих все мыслимые размеры, в которых нефть образуется не из остатков древних окаменевших растений и животных возле поверхности, а естественным способом глубоко-глубоко внизу? Может ли парниковый газ – двуокись углерода, превратиться в чистый твёрдый минерал?

Всё это есть среди загадок, к которым сегодня приковано внимание на 242-м Национальном съезде-выставке Американского химического общества (ACS) в рамках одной из тем презентации, которая представляет собой адаптированную к реальной жизни версию классики научной фантастики «Путешествие к центру Земли». Как сообщает доктор философии Рассел Хемли, международный проект под названием Deep Carbon Observatory (DCO) объединит сотни представителей науки с целью исследования химического элемента, о котором сейчас в новостях слышно, пожалуй, больше всех остальных. Речь идёт об углероде, как составной части углекислого газа.

«Беспокойство в связи с изменениями климата заставило миллионы людей осознать роль углерода в земной поверхности, атмосфере и океанах», – сказал Хемли. – «Deep Carbon Observatory приоткроет завесу над крайне необходимой информацией о движении и судьбе углерода в сотнях и тысячах миль под землёй. Мы называем это глубинным круговоротом углерода».

Хемли рассказал, что это фундаментальное исследование может иметь в будущем практический смысл. Используя лабораторное оборудование, воспроизводящее давление глубоко внутри Земли, которое в тысячи и миллионы раз выше, чем наверху, исследователи открыли в этих лабораториях способ превращения углекислого газа в каменистый материал, именуемый полимерным диоксидом углерода. По мере дальнейших доработок специалисты могли бы повысить его стабильность в условиях, аналогичных тем, которые наблюдаются ближе к земной поверхности.

Открытия также могут привести к созданию новых материалов для изделий потребительского и промышленного назначения. Лаборатория Хемли, к примеру, разработала способ производства «сверхалмазов», или высококачественных алмазов, которые крупнее и лучше существующих. Природные алмазы образуются медленно в условиях высокого давления и температур, которые существуют глубоко внутри Земли, тогда как современные синтетические алмазы создаются в аналогичных условиях в лаборатории. Используя процесс, получивший название «химическое осаждение из газообразной фазы», научная группа Хемли произвела алмазы быстро и при низком давлении. Новые алмазы обладают превосходными характеристиками, включая чрезвычайную твёрдость, повышенную прозрачность, а также лучшие электрические и температурные свойства. Алмазы могут привести к созданию усовершенствованных компьютерных микросхем, которые будут работать быстрее и производить меньше тепла, чем существующие кремниевые чипы, говорит Хемли. Как он отмечает, выращенные алмазы также подают надежды для использования в улучшенных режущих инструментах, более прочных и жароупорных окнах космических кораблей и других сферах применения.

Проект DCO прикоснётся к большой тайне формирования природных алмазов, в том числе их химического состава, а также их быстрого выхода наверх из глубин Земли. В настоящее время учёные не могут напрямую наблюдать этот процесс, поскольку на практике нет способа заглянуть на сто миль вглубь поверхности планеты. По словам Хемли, занимающего пост директора Геофизической лаборатории Института Карнеги в Вашингтоне, пока наблюдения ограничены лабораторным воссозданием указанного процесса. Его лаборатория специализируется на химии и физике экстремальных состояний вещества. Презентация Хемли на съезде ACS под названием «Химия планетарных газов, жидкостей и льда в экстремальных условиях» была сосредоточена на том, что происходит с земными веществами под воздействием аномальных температур и давления, также как и другие экскурсы, имеющие отношение к Земле.

Другой областью исследований DCO будет энергия. Степень, до которой углеводороды в Земле образуются в результате неорганических процессов глубоко под землёй, а не только из окаменевших остатков растений и животных остаётся важным вопросом, не получившим ответа. Изучение природы углерода, находящегося глубоко в недрах Земли, может дать ключи к разгадке того, как и в какой мере данный абиотический процесс может внести свою лепту в пополнение запасов энергии, поясняет Хемли.

В конечном итоге, исследования DCO имеют значение также для поиска других форм жизни на Земле и даже в космическом пространстве. Наука уже выявила микробов, живущих на глубине приблизительно около мили под воздействием высоких температур. Есть предположения, что некоторые формы жизни могут существовать даже в ещё более глубоких слоях.

В соответствии с результатами прежних исследований предполагалось, что бактерии и другие формы жизни не могут выжить под давлением в несколько тысяч атмосфер. Однако специалисты лаборатории Хемли в ходе исследований показали, что некоторые бактерии способны переносить давление до 20 тысяч атмосфер. Указанный факт свидетельствует в пользу теории о возможности жизни в экстремальных условиях вне Земли, отмечает Хемли.

В число источников финансирования всех этих исследований входит Институт Карнеги в Вашингтоне, Национальный научный фонд, Министерство энергетики США и Фонд Альфреда Слоуна.