Алмазы – это окно в глубины Земли.
Stephen Haggerty
Всем привет Уважаемые соучастники, продолжаем рассказ про черные бриллианты,,,
Загадочные черные камни, так не похожие на известных всему миру прозрачных собратьев, содержат подсказки о том, откуда они произошли, что побуждает научный мир к поискам ответов.
Окрашенные и бесцветные алмазы обычно находят в кимберлитовых залежах, но карбонадо всегда скрыты в аллювиальных отложениях (речные отложения, в которых находятся продукты выветривания и размыва материнских пород). Эти и некоторые осадочные породы были созданы реками и другими источниками бегущей воды.
Итак, карбонадо обнаруживаются там, где не встречаются никакие другие алмазы. Желтые, розовые, голубые или красные кристаллы углерода добывают в тех же месторождениях, что и бесцветные камни, но черные алмазы всегда окружены только своими темными собратьями. Особенности строения и залегания редкого минерала породили многочисленные дискуссии об источнике его возникновения.
Все существующие теории происхождения карбонадо можно объединить в пять основных групп.
1. Карбонадо возникли также как и другие алмазы – в недрах Земли
Наиболее известная и традиционная теория говорит о том, что прямое превращение углерода под воздействием высокого давления и температур внутри Земли (на глубине 150-500 км) послужило рождению не только обычных алмазов, но и карбонадо (Robinson, 1978 год). Затем черные минералы поднялись на поверхность вместе с извергающейся из вулканов лавой, которая, спустившись с горных склонов, попала в речные потоки. Унесенные водами части породы позже осели на речное дно, где с течением времени вошли в состав аллювиальных отложений.
Теория начала вызвать сомнения, когда удалось изучить углеродные изотопы карбонадо (изотопы – разновидности атомов какого-либо химического элемента, которые имеют другую массу и физические свойства). В отличие от прозрачных алмазов, черные камни имеют отличия в двух самых распространенных в земной коре изотопах углерода – 12С и 13С, характерных для поверхностного углерода в большей степени, чем для того, что найден в глубинах нашей планеты.
Алмазоносное сырье также внимательно исследовалось, с тем чтобы лучше понять происхождение загадочных черных образований. Известно, что привычные нам бесцветные алмазы нередко содержат общие для мантии элементы (такие как пироп и форстерит, например). Но в составе карбонадо подобных минералов обнаружено не было (Jones и др. 2003 год; Parthasarathy и др. 2005 г.; Grai и др. 2006 г.).
С появлением новых предположений, интерес к теории остыл, чтобы снова вспыхнуть с обнаружением в 1993 году черных алмазов в авачитах (вулканические породы) Камчатки (Авачинский и Козельский вулканы).
2. Черные алмазы – следствие природной радиации
Следующая гипотеза уделяет основную роль в формировании уникальных драгоценных камней природной радиации, которая могла быть излучаема ураном или торием ( Ф.В. Каминский 1991 г., В.А. Надолинный и коллектив авторов 2003 год).
Карбонадо действительно демонстрируют сильную люминесценцию (фотолюминесценцию и катодолюминесценцию), вызванную азотом и пустотами, существующими в структуре камня. Как известно, люминесцентное сияние порой возникает как результат влияния радиации.
И, действительно, некоторые карбонадо подвергались действию природного радиоактивного излучения, о чем, например, свидетельствуют находки в залежах Marange (Зимбабве). В 2018 году исследование GIA, проведенное Karen V. Smit, Elina Myagkaya, Stephanie Persaud и Wuyi Wang, поставило цель детально изучить свойства уникальных образцов с тем, чтобы идентифицировать их цвет и понять природу происходящего из Зимбабве материала. Данные анализа 40 натуральных алмазов цветов от «Fancy Dark Brown» до «Fancy Black» весом от 0,39 до 3,11 карат были опубликованы в летнем номере журнала «Gems & Gemology» за 2018 год.
На некоторых камнях замечены характерные коричневые пятна природной радиации (искусственная радиация делает камни темно-зелеными). Естественная радиация этих алмазов похоже связана с пребыванием в течение миллиарда лет в конгломерате Umkondo, известного содержанием радиоактивного минерала циркона. Вполне возможно, что природная радиация в данном случае воздействовала на уже сформированные камни, а не явилась причиной их зарождения.
Последующие три теории связаны с метеоритными бомбардировками нашей планеты в далеком прошлом.
3. Карбонадо образовались в земной коре, когда на нее обрушился метеоритный шквал (Smith and Dawson 1985 г.)
Известно, что некоторые бесцветные алмазы возникли в далекие пламенные мгновения, когда метеориты падали на Землю. В 1960-х годах были обнаружены скопления микроскопических алмазов в остатках огромного метеорита в каньоне Дьябло, который образовал кратер в Аризоне. Сотни крошечных кристаллов размером с песчинку или зернышко умещались в паре квадратных сантиметров.
В сибирском кратере Попигай шириной 100 км, возникшем в результате падения метеоритов 35 миллионов лет назад, исследователи также откопали поликристаллические алмазные скопления в 1 см длиной. Многие из тех импактных (ударного происхождения) алмазов имели преимущественно кубоидную структуру, как и их возникшие на Земле собратья.
В 1991 году, канадские геологи David B. Carlisle и Dennis R. Braman сообщили об обнаружении крошечных бесцветных кристаллов углерода, находящихся в слоях осадочных пород, возникших 65 лет назад, – как раз в то время, когда по мнению научного сообщества, гигантский метеор упал на Землю и вызвал вымирание динозавров.
Одна из первых научных работ, связывавших возникновение именно карбонадо с метеоритами, появилась в 1985 году. Joseph Smith из Университета Чикаго и J. Barry Dawson из Университета Шеффилда в Великобритании предположили в статье, опубликованной в научном журнале «Geology», что большой метеорит столкнулся с Землей в Прекембрийский период (от 570 миллионов до 4,5 миллиардов лет до н.э.), и это столкновение сформировало черные алмазы, которые мы находим сейчас.
Все складывалось удачно для обоснования перспективной гипотезы, но полученные научные данные повлекли новые сомнения, идеи и дискуссии: пристальное изучение бесцветных алмазов каньона Дьябло обнаружило, что почти треть из них содержит гексагональную структуру атомов, никогда ранее не встречавшуюся в земных образцах. Ученые назвали найденный вариант алмаза «лонсдейлит» – по имени британского минеролога Dame Kathleen Lonsdale, которая помогла изучать эти кристаллы.
Следствием открытия стало разделение мнений о происхождении бесцветных минералов знаменитого каньона. Часть исследователей по-прежнему утверждала, что атомы углерода (или зерна метеорического черного графита) мгновенно превратились в алмазы во время сверхмощного нагревания и сильного удара сопутствовавших падению метеорита, другая часть – высказывала иные гипотезы.
Последними данными, которые можно трактовать в пользу рассматриваемой теории, можно счесть обнаружение якутита (поликристаллический импактный алмаз от темно-серого до черных цветов, более пористой структуры, чем другие карбонадо) в Республике Саха (Якутия).
Очередной сенсацией стало внимательное изучение пористых пустот карбонадо, которое принесло новые открытия: в пустотах неоднократно обнаруживали минералы земной коры. Некоторые исследователи были склонны оценивать этот факт как косвенное свидетельство образования черных алмазов на поверхности планеты от метеоритных атак. Однако, такое проникновение в поры могло произойти под воздействием происходивших вокруг эрозивных процессов уже после формирования ценных минералов.
Кроме того, недавно было установлено, что внутренняя структура карбонадо порой содержит редкие или почти отсутствующие в земной коре элементы: различные соединения кремния (Si), железа и никеля (Fe-Ni), а также карбид кремния (SiC). Приведенные факты, заставляют внимательнее присмотреться к другим предположениям и идеям.
4 - 5. Уникальные камни зародились непосредственно в космосе и лишь впоследствии были принесены на Землю падающими небесными телами (Haggerty 1996 г., 1999 г., Garai и коллектив авторов 2006 г.). Обе теории похожи, но по-разному подходят к способу формирования карбонадо в космосе.
Любые алмазы зарождаются под воздействием двух факторов: высокого давления и высоких температур. Но никаких минералов, возникших под действием высокого давления, включая шестигранные полиморфы углерода, лонсдейлит, не было обнаружено в качестве включений в карбонадо, хотя подобные элементы можно ожидать в камне, родившемся от, например, бомбардировки Земли метеоритами (теория 3), или выплавленном в недрах нашей планеты (теория 1).
Ключом к пониманию может стать, скажем, гипотеза, высказанная в отношении обнаруженных десятилетия назад в каньоне Дьябло бесцветных алмазов. Идея в том, что эти камни возникли в вакууме космоса в результате осаждения газовой фазы (процесса, который специалисты могут использовать для создания синтетических алмазов здесь, на Земле), кажется интересной для обоснования зарождения и карбонадо.
Когда Смитсоновские исследователи в 1981 году пытались разрезать большой железный метеорит, упавший в холмах Аллена (Антарктида), режущие зубцы клинка неожиданно завязли. С помощью рентгена удалось установить, что иномирный камень заполнен микроскопическими алмазами невероятной твердости. Тогда, например, предположили, что метеоритные алмазы возникли в результате разрушительных столкновений, произошедших в астероидном поясе.
А в 1987 году команда исследователей во главе с Edward Anders и Roy Lewis из Университета Чикаго сообщила об обнаружении другого метеорита. Объект был испещрен алмазами настолько миниатюрными, что триллионы их могли уместиться на кончике иглы. В отличие от Смитсоновских алмазов, эти микроскопические кристаллы содержали изотопную смесь ксенонового газа, не встречающуюся на Земле.
Команда выдвинула гипотезу, что прозрачные кристаллы появились в атмосфере «красного гиганта» или умирающей звезды перед тем, как она взорвалась миллиарды лет назад. Разрушение сверхновой могло отправить содержащий алмазы материал далеко в космос, где после долгих странствий некоторые частицы в конечном итоге упали на Землю. «Если этот сценарий верен, – говорят исследователи, – тогда космическая пыль может быть приправлена крошечными алмазами».
Итак, способы зарождения карбонадо в космосе могут быть различны. Столкновения метеоритов друг с другом в астероидных поясах – лишь один возможный вариант развития событий. Но допустимы и другие сценарии.
Существует гипотеза, что близлежащие к Земле планеты могут становиться источниками алмазов (Dominik Kraus и группа ученых, Nature Astronomy, 21 августа 2017 года). Уран и Нептун (седьмая и восьмая планеты от Солнца) возможно орошаются настоящим «дождем» из алмазов, которые затем собираются в многокилометровые слои в планетарной коре. Под внешним слоем водорода и гелия, газообразная атмосфера обеих планет содержит от 10% до 15% метана (углеворода); глубоко внутри в толще атмосферы, на каменистой поверхности температура составляет 1500-6500°С, а давление – в 200 000-6 000 000 раз превышает земное – другими словами, на Уране и Нептуне, возможно созданы идеальные условия для образования алмазов (в том числе и их черной разновидности – карбонадо).
Астрофизики из Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics во главе с астрономом Travis Metcalfe также внесли свою лепту в поиски космических сокровищ, открыв целую алмазную звезду: белый карлик диаметром 4000 км, расположенный в 50 световых годах от Земли, практически полностью состоит из кристаллов углерода.
Еще одним исследованием, способным пролить свет на алмазную природу, стали эксперименты команды национальной лаборатории Lawrence Livermore, проводившиеся начале 1980-х годов. Ученые исследовали что происходит с метаном под действием высокого давления. Один из лидеров группы – Marvin Ross – посчитал, что газ разделяется на водород и углерод при температуре свыше 1600°С и давлении, превышающим в 200 000 раз давление Земли. Он предположил, что атомы углерода при таких условиях могут туго спрессоваться и превратиться в алмазы. Ross и его команда использовали газовую пушку и несколько раз компрессивно сжали образцы метана. Позже сообщили о результатах: в те моменты, пока целевой материал не испарился, стремительно стали образовываться алмазы.
Недавние эксперименты в нескольких лабораториях поддержали это предположение. Проведенные опыты стали одной из основ, на которых впоследствии выросли алмазные догадки относительно Урана и Нептуна.
6. Черные алмазы – осколки сверхновой звезды
Наиболее интересное и одно из самых оригинальных предположений выдвинуто доктором геологии Stephen Haggerty, профессором Университета Массачусетса в Амхерсте. Профессор является признанным мировым экспертом, долгие годы изучавшим природу различных алмазов. Господин Haggerty изложил свою идею в 1996 году на собрании Американского Геологического Союза в Балтиморе.
Знаменитый геолог верит, что черные алмазы – это остатки погибшей сверхновой звезды, которая существовала по меньшей мере 3,8 миллиарда лет назад. Взрывные волны отправили скопления карбонадо в глубокий космос. После длительного дрейфа в течение 1,5 миллиардов лет некоторые из осколков упали на нашу планету (приблизительно 2,3 миллиарда лет назад). Возможно, единый метеорит раскололся на части во время вхождения в бедную кислородом атмосферу Земли докембрийского периода. Бóльшая часть оказалась в регионе, который позднее стал территориями Бразилии и Центральноафриканской Республики: вглядевшись в современную карту мира и сейчас можно заметить, что Южная Америка и Африка подходят друг к другу как детали одного пазла.
Еще в 1990-х годах были найдены доказательства, что бразильские и африканские карбонадо содержит похожие изотопы углерода и азота, подтверждая общее происхождение этих камней, что можно трактовать в пользу теории английского профессора.
Первые проблески новой идеи возникли, когда Haggerty ознакомился с исследованием величин распада радиоактивного углерода в карбонадо и других древних породах. Данные показали, что черные алмазы возникли от 3,2 до 3,5 миллиардов лет назад, когда эра вулканической активности Земли давно миновала.
«Как только вы соединяете все части головоломки воедино: определенный тип слабой химической связи алмазов, величины долгораспадающихся изотопов углерода и следы в породе, указывающие на сильное нагревание и удары, – многое становится очевидным», – говорит Haggerty.
В действительности, теория не так уж фантастична: она перекликается с упомянутой выше идей команды исследователей во главе с Edward Anders и Roy Lewis из Университета Чикаго (1987 года) в отношении бесцветных метеоритных алмазов.
Но почему тогда нет недвусмысленного свидетельства, демонстрирующего кратеры, связанные с месторождениями карбонадо? Stephen Haggerty отвечает на возражение так: «Мы не видим шрамов, которые оставили метеориты из-за эрозии – улики уничтожены на земной поверхности, но они прекрасно сохранились на Марсе и на Луне».
Спустя несколько лет после громкого заявления Haggerty открыто присутствие водорода в алмазной структуре карбонадо (Надольный и коллектив авторов 2003 г., Garai и коллектив авторов 2006 г., Kagi и Fukura 2008 г.). Данные, полученные с помощью FTIR (Фурье-спектроскопия), интерпретированы как доказательство формирования алмазов в богатом водородом космическом пространстве (Grai и коллектив авторов, 2006 г.). Кроме того, замеченные в карбонадо редкие соединения титана и азота, ранее встречавшиеся только в составе метеоритов, также добавили весомости новой гипотезе.
С целью определить количество соединений водорода и на этой основе подтвердить или опровергнуть их внеземное происхождение в 2011 году было проведено еще одно исследование (Attila Demény, Géza Nagy, József Garai и другие).
Для изучения брались образцы из Бразилии и Центральной Африки. Катодолюминесцентные характеристики алмазов изучались с помощью оптических и электронных микроскопов, спектромеров, дифрактометрических анализаторов, применялось также другое оборудование и химические реактивы.
По мнению авторов, количество водорода в структуре черных алмазов оказалось существенно ниже тех величин, что встречаются в сформированных в космосе породах: такие данные скорее характеры для земных минералов. Кроме того, когда измерялся уровень содержания азота, выяснилось, что его величины также более свойственны для земных пород.
Haggerty не волнуется насчет новых заявлений от тех, кто служит подлинному духу научных изысканий, они только подогревают его энтузиазм.
Долгое время считалось, что залежи карбонадо можно обнаружить только в Южной Америке и Африке. Сейчас выявлены новые территории, на которых найдены эти удивительные камни. Вот перечень части из них:
1. Бразилия, штата Bahia (Chapada Diamantina, Lençóis);
2. Центральноарфиканская Республика, регион Убанга;
3. Зимбабве, залежи Magange;
4. Индонезия, Калимантан (Борнео);
5. Венесуэла, Боливар, Santa Elena de Uairen, река Icabarú (округ 88 километра);
6. Россия
- -Камчатка, Авачинский и Козельский вулканы (в 1993 году) – черные алмазы содержались в авачитах (вулканические породы);
- -Приморский край, Красноармейский район, Рощино, река Кедровка;
- - Республика Саха (Якутия), Алдан, прииск Лебединый (Незаметный) – обнаружение якутита (поликристаллический импактный алмаз от темно-серого до черных цветов, более пористой структуры, чем другие карбонадо).
В целом, из-за обилия фактов, подтверждающих и опровергающих каждую из изложенных теорий, а также в связи с расширением географии залегания карбонадо, вопрос об источнике зарождения черных алмазов нельзя считать закрытым: ни одна из перечисленных гипотез не получила единогласного одобрения и принятия в научных кругах, дискуссии ведутся по сей день.
Вот такой вышел большой пост, надеюсь было интересно.
И хотелось бы услышать Ваше мнение, стоит ли писать такие объемные статьи?Хотя конечно текста тут не так уж и много.
