Сибирские геологи впервые экспериментально доказали, что в алмазах, растущих в земных недрах, может присутствовать материал с поверхности, который попадает на большие глубины при тектонических сдвигах. Статья об этом опубликована в журнале первого квартиля Gondwana Research.

Как известно, алмаз образуется из графита. Однако редко бывает так, чтобы этот процесс проходил напрямую, так как нужны экстремальные параметры: давление больше 15 гигапаскалей и температура выше 1 500 °C, которые характерны для больших глубин в толще нашей планеты. Чаще алмазы предпочитают расти в умеренных условиях, в 150—200 километрах под землей при давлении в 5—7 гигапаскалей, и пользуются помощью посредников — расплавов, которые служат катализаторами и позволяют реакции протекать при более низких давлениях и температурах. Схематично процесс можно представить так: сначала графит растворяется в расплаве, образуя в нем комплексы углерода, а только затем из углерода получается алмаз.
 
В лабораториях и на фабриках выращивают синтетические алмазы, помещая графит в расплавы переходных металлов (железо, никель, кобальт, марганец). Раньше считалось, что в природе алмазы образуются в них же. Недавно в некоторых кристаллах действительно нашли включения застывшего металлического расплава. Однако речь только об исключительных алмазах, которые формировались на гораздо больших глубинах, чем обычно — в переходной зоне или нижней мантии Земли. К таким кристаллам относится, например, самый большой в мире природный алмаз ювелирного качества «Куллинан», или «Звезда Африки» (весил 621,35 грамм до того, как его раскололи на несколько частей).
 
В большинстве алмазов находят включения других расплавов, в первую очередь — высокощелочные карбонатные и силикатные. С тех пор как в 1988 году их обнаружил израильский химик Одэд Навон, многие лаборатории по всему миру продолжают детальное исследование этих веществ. Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН долгие годы работает в этой области. В конце 1990-х годов здесь показали, что алмазы могут расти в щелочных карбонатных расплавах так же, как и в металлических, но при гораздо более низких температурах, практически как в природе. Теперь сибирские геологи пролили свет на другой важный вопрос: как высокощелочные карбонаты и силикаты попадают туда, где растут алмазы.
 
Дело в том, что щелочи, в первую очередь калий, которые содержатся в расплавных включениях алмазов, не характерны для тех глубин, на которых эти алмазы растут. Среди ученых сегодня доминирует точка зрения, что щелочные соединения поступают туда с поверхности Земли в результате движения литосферных плит (крупных участков земной коры). В континентальной коре щелочей достаточно: она богата гранитом, а это — высококалиевая порода.
 
Материал с континентов непрерывно смывается в океан во время дождей, таяния ледников, с речными потоками и накапливается на его дне (эти осадочные породы называют пелитами). Океанические плиты медленно погружаются под континенты и неминуемо захватывают пелиты с собой.
 
В результате тектонических движений на мантийные глубины может уходить и сам континент. Одно из наиболее известнейших геологических подтверждений этому — Кокчетавский массив в Казахстане. Там нашли уникальные породы, которые представляют собой переслоенный материал континентальной коры, они содержат фактически всё, что есть на поверхности континента, включая осадочные образования, переработанный гранитный материал и очень большое количество карбонатов, и несут следы высоких давлений и температур. Это позволило ученым сделать вывод, что материал погружался под землю, а потом снова поднялся на поверхность. В некоторых породах Кокчетавского массива, в частности в высококарбонатных, содержится большое количество мелких алмазов.
 
Подобный комплекс пород есть в Германии недалеко от Дрездена, он называется Эрцгебирге. Там в составе гранатов тоже обнаружили высококалиевые силикатные и карбонатные расплавы, а также мелкие кристаллы алмазов. «Существование Кокчетавского массива и Эрцгебирге — свидетельство в пользу того, что расплавные включения в алмазах могли появиться в результате плавления материала континентальной коры, богатого калием и карбонатами», — говорит ведущий научный сотрудник ИГМ СО РАН, заведующий лабораторией фазовых превращений и диаграмм состояния вещества Земли при высоких давлениях доктор геолого-минералогических наук Антон Фарисович Шацкий.
 
Ученые из ИГМ СО РАН решили экспериментально проверить, действительно ли из этих пород на большой глубине образуются расплавы, которые находят в алмазах. Они подготовили состав, соответствующий среднему составу континентальной коры, добавили углекислый газ в виде карбонатов и поместили в прессовый аппарат Discoverer 1500 при давлении в 6 гигапаскалей, которое соответствует глубине примерно 200 км, где растет большинство природных алмазов. Температура в экспериментах варьировалась от 1 000 до 1 500 градусов, таким образом ученые охватили весь температурный диапазон, при котором предполагается природное алмазообразование. Затем образцы вынимали из пресса, делали срез и исследовали под электронным микроскопом и более тонкими методами, с помощью рамановской спектроскопии. 
 
«Когда мы проанализировали состав образцов, обнаружили, что он близок к составам минеральных расплавных включений природных алмазов. При температурах 1 000–1 500 градусов в них образуются кремнезем и другие силикатные минералы, характерные для одной из самых распространенных пород в мантии — эклогитов. Подобные ассоциации находят в Кокчетавском массиве, где они сосуществуют с алмазами. Также в образцах присутствуют два высококалиевых расплава: карбонатная и силикатная жидкости. Наши данные впервые подтвердили, что они могут образовываться в результате плавления континентального материала, который погрузился на большие глубины», — рассказывает Антон Шацкий.
 
Александра Федосеева

Источники

Материал для алмазов - под нашими ногами
Наука в Сибири (sbras.info), 27/08/2019
Материал для алмазов - под нашими ногами
Российская академия наук (ras.ru), 27/08/2019
Щелочные соединения тектонических плит могут катализировать рост алмазов
Индикатор (indicator.ru), 27/08/2019
Щелочные соединения тектонических плит могут катализировать рост алмазов
Новости@Rambler.ru, 27/08/2019
Образование алмазов глубоко под землей связали с погружением континентов
Discounte Center (sokol-online.ru), 27/08/2019
Российские ученые обнаружили новые механизмы образования алмазов
Национальные проекты: будущее России (futurerussia.gov.ru), 27/08/2019
Образование алмазов глубоко под землей связали с погружением континентов
Pcnews.ru, 27/08/2019
Образование алмазов глубоко под землей связали с погружением континентов
Seldon.News (news.myseldon.com), 27/08/2019
Образование алмазов глубоко под землей связали с погружением континентов
Популярная механика (popmech.ru), 27/08/2019
Образование алмазов глубоко под землей связали с погружением континентов
Новости для гиков (supreme2.ru), 28/08/2019
"Образование алмазов глубоко под землей связали с погружением континентов"
Ivest.kz, 28/08/2019
Образование алмазов глубоко под землей связали с погружением континентов
Pvsm.ru (pvsm.ru), 28/08/2019
Образование алмазов глубоко под землей связали с погружением континентов
Земля. Хроники жизни (earth-chronicles.ru), 28/08/2019

Похожие новости

  • 12/03/2018

    Снег помог ученым оценить качество воздуха в Новосибирске

    ​Специалисты Института геологии и минералогии СО РАН и Института ядерной физики имени Будкера СО РАН проанализировали элементный состав твердых осадков снежного покрова в парковых зонах Новосибирска и его окрестностях.
    1140
  • 12/07/2017

    Сибирские ученые начали поиск новых месторождений алмазов в Архангельской области

    ​Ученые Института геологии и минералогии (ИГМ) Сибирского отделения (СО РАН) при поддержке Российского научного фонда (РНФ) начали масштабное исследование минералов для поиска новых алмазных месторождений в Архангельской области.
    1921
  • 26/10/2016

    Николай Похиленко: Арктика как стратегический резерв

    Могли ли мы в эпоху телеграфа, «Книги – почтой» и целлулоидной пленки представить себе Интернет? Воображение способно нарисовать не всякую технологию будущего. Но сырье для них уже сегодня необходимо искать в арктическом поясе России, уверен директор Института геологии и минералогии СО РАН им.
    1619
  • 05/05/2017

    В новосибирском Академгородке появится экспериментальный вулкан

    ​10 мая Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера и Институт геологии и минералогии им. В.В. Соболева проведут совместный открытый эксперимент, который продемонстрирует процессы, проходящие внутри Земли во время вулканической активности.
    1588
  • 22/09/2016

    Минерал-индикатор поможет находить алмазные месторождения

    Российские ученые установили, что высокое содержание хрома в рутиле (минерале-спутнике алмаза) позволяет рассматривать рутил как новый высокоэффективный минерал при поиске алмазных месторождений. Исследования поддержаны Российским научным фондом.
    2990
  • 25/10/2016

    Журнал «Геология и геофизика» выбрал новую статью месяца

    ​Журнал «Геология и геофизика» выбрал новую статью месяца. Ей стала работа «Геологическое строение, рельеф и неотектоника Чулышманского нагорья (Горный Алтай)». Материал опубликован в разделе «Тектоника и геодинамика».
    2182
  • 30/10/2017

    Стратегию развития минерально-сырьевой базы РФ представят правительству до конца 2017 года

    ​Разработчики Стратегии развития минерально-сырьевой базы России до 2030 завершают последние согласования и рассчитывают представить ее правительству РФ до конца 2018 года. Об этом сообщил в пресс-центре ТАСС в Новосибирске научный руководитель Института геологии и минералогии СО РАН Николай Похиленко.
    1048
  • 14/03/2016

    Карьера начинается с Арктики

    ​Магистрант геолого-геофизического факультета НГУ Андрей Картозия уверен, что прошедший Молодежный форум «Арктика. Сделано в России» станет трамплином для его профессиональной карьеры. Андрей работает инженером в лаборатории геоинформационных технологий и дистанционного зондирования Института геологии и минералогии В.
    3207
  • 13/06/2019

    Невероятная геологическая история, или алмазы, которых нет

    ​На камчатском вулкане Толбачик, а также в горах Тибета, Полярного Урала, Албании, Турции обнаружили странные алмазы — по всем своим параметрам они похожи на синтетические, однако были найдены в настоящих горных породах.
    558
  • 29/11/2016

    СО РАН: курс на четверть века

    ​Холдинг "Росгеология" обратился в институты Сибирского и Дальневосточного отделений РАН за содействием в создании Стратегии развития минерально-сырьевой базы РФ до 2030 года. Как рассказал директор Института геологии и минералогии им.
    1714