Алмазы составляют небольшое количество углерода из внутренней части Земли, но раскрытие их происхождения необходимо для понимания крупномасштабных процессов в эволюции нашей планеты, таких как геодинамика, летучие циклы и окислительно-восстановительное состояние.
В зонах субдукции, где плотные литосферные плиты опускаются в астеносферные глубины, алмазообразование и круговорот углерода неразрывно связаны, поскольку потоки углерода внутри Земли регулируются окисленными - преимущественно водными - жидкостями (включая сверхкритические водно-силикатные промежуточные продукты), доставляемыми метаморфическим декарбонированием и растворением карбонатов земной коры.
В глубоких флюидах переход от транспорта углерода к насыщению углерода - как алмаза - требует равновесия с пластовыми или мантийными породами, контролируемыми теми параметрами, которые влияют на растворимость углерода при высоком давлении и температуре, включая pH, окислительно-восстановительные условия, структуру растворенных веществ в жидкостях и буферные минеральные комплексы в породах.
Следовательно, образование коровых метаморфических микроалмазов в первую очередь определяется природой растворенных углеродсодержащих ионных и молекулярных частиц.
Исследовательские работы показали, что CO 2 не регулирует общее содержание углерода в водных жидкостях. Условия высокого давления могут существенно изменить видообразование углерода: могут также присутствовать водные карбонат-ионы, что, по существу, приведет к более высокой растворимости углерода.
Моделирование с помощью термодинамических расчетов предсказывает повышение устойчивости органических кислот.
Исходя из этого, возникает вопрос, могут ли органические структуры быть стабильными в водной жидкости в глубине Земли и могут ли они вызывать образование алмазов.
Существование органических молекул в субдукционных жидкостях будет иметь далеко идущие последствия для генезиса алмазов, для видообразования углерода в глубоких жидкостях и для потенциала пребиотических соединений на Земле.
Используя рамановскую микроспектроскопию, была изучена структура и состав углеродсодержащих фаз во флюидных включениях, присутствующих в метаморфических породах (в западных Альпах), где ранее были обнаружены микроалмазы.
По сравнению с экспериментальными или теоретическими исследованиями, анализ флюидсодержащих включений имеет преимущество в том, что исследует прямой образец алмазообразующей среды, инкапсулированной в минералах.
При насыщении углеродом, жидкие включения могут удерживать замороженные природные продукты.
Результаты показывают, что значительные количества карбоновых кислот растворяются в водных жидкостях, высвобождаемых из сильно субдуцирующих плит, и как они способствуют зарождению и росту алмазов.
Механизм образования алмазов в земной коре, согласуется с моделями нуклеации с помощью метастабильных молекулярных предшественников, недавно предложенных для синтеза нанокристаллов.
Наблюдения о том, что зародышеобразование алмаза происходило через метастабильные кластеры алмазоподобного углерода с концевыми водородными группами (например, пентамантан), привело к предложению другого механизма молекулярного зарождения, где энергетический барьер нуклеации на порядки ниже, чем обычно предполагаемый классическими моделями. Сходство с лабораторным синтезом, по-видимому, подтверждает, что часть алмазов в земной коре могла зародиться при давлениях вне фактического поля стабильности алмаза. Рост смесей алмазной и неалмазной фаз до нескольких микрометров по-прежнему требует условий
высокого давления и температуры.
Понять разнообразие геохимических процессов, которые приводят к переносу или фиксации (как алмаз) углерода в мантийных условиях, по понятным причинам чрезвычайно сложно.
Результаты показывают большое разнообразие растворимых видов углерода, которые могут присутствовать в глубоких водных жидкостях в зонах субдукции. Общепринято, что алмазы субдукции образуются в результате восстановления ионов CO 2 и карбоната, присутствующих в водной среде.
Но результаты доказали, что условия давления, температуры и pH, возникающие в процессе выделения окислительно-восстановительной жидкости/породы под высоким давлением, способствуют образованию органических молекул при отсутствии биологически катализируемых процессов.
Учитывая химические реакции и физические процессы, предложенные для образования алмаза, присутствие промежуточных углерод-водородных соединений может оказаться необходимым требованием для создания матриц, способствующих зародышеобразованию и росту.
Таким образом, результаты показывают пути строительства моста между геохимией и органической геохимией.
Совсем недавно исследования химических реакций, которые могли быть значительными для эволюции пребиотиков на Земле, были в основном основаны на органических соединениях и воде, присутствующих в гидротермальных жерлах в океанских центрах распространения, и метеоритах (т. е. углеродистые хондриты).
Таким образом, открытие органических молекул, где углерод связан с кислородом и водородом, в глубоких водных жидкостях может составить соответствующий, в настоящее время не рассмотренный, резервуар углерода в мантии Земли.
Остается неизвестным, могут ли органические молекулы в конечном итоге привести к сахару и другим строительным блокам жизни в этих экстремальных условиях. Тем не менее, путь образования алмазов, добавляет новую эндогенную перспективу к появлению простейших форм биохимических соединений на Земле
