Ну, на счёт «мрачности» тайн алмазов можно спорить. Но рождаются эти прозрачные кристаллы действительно в мире ином, непохожим на мир поверхности, – чудовищном и непредставимом. Ведь ниже коры, пробурить которую удалось лишь до глубины 12 километров, располагается океан жидкого камня, – верхняя мантия, в которой, как айсберги, плавают континенты. Простирается же огненное море вниз примерно на 100 километров. Точнее сказать нельзя, поскольку чёткой границы между лавой и «дном» нет…
Тем не менее, «дно» существует. С ростом глубины увеличиваются как температура вещества, так и давление. И под лавой оказывается нижняя – твёрдая – мантия, вещество которой снова приобретает кристаллическую структуру в результате сжатия. Давление принуждает молекулы выстроиться так, чтобы занимать наименьший объём… Это, в частности, касается и углерода. Сверхглубокие алмазы рождаются на уровне 400-900 километров от поверхности. И это очень хорошо – для науки. Для ювелиров – не слишком, поскольку эстетической ценности алмазы с рекордных глубин, как правило, не имеют. Это – мелкие кристаллы, часто непрозрачные, даже чёрные из-за многочисленных включений.
Включения же сверхглубоких алмазов, действительно, очень интересны. Часто в комментариях отмечаются люди, уверенные что о недрах Земли никто не знает ничего, – ведь, планета насквозь не пробурена, – а значит, геологи могут дать волю фантазии… Но зачем бурить скважину на глубину в сотни километров, если образцы вещества нижней мантии доставляются на поверхности сами собой? Изучение сверхглубоких алмазов позволяет проверить точность моделей экспериментом… Разных моделей, – об этом будет чуть ниже.
Но прежде об углероде, из которого состоят алмазы. Это четвёртый по распространённости во вселенной (после водорода, гелия и кислорода) химический элемент. Но в составе планет земного типа он редок. Ибо в туманностях углерод присутствует почти исключительно в форме метана, не участвующего в образовании «каменистых» тел. Тем не менее, космические излучения «выжигают» метан, и некоторое количество углерода в составе твёрдых высокомолекулярных соединений содержится и в первичном твёрдом веществе космоса – хондритах. Иногда даже количество не маленькое, – тогда хондриты становятся «углистыми».
В процессе дифференциации недр, в ядре Земли, молекулы разрушаются. И уже в качестве ядер, более легких, чем ядра железа, чистый углерод попадает в мантию, где, будучи активным химически, вступает в новые соединения… Но – не весь. При высокой температуре от желающих куда-то вступить нет отбоя. И хотя углерод достаточно активен, чтобы, например, отнять кислород у железа (на чём и основана чёрная металлургия), у кремния он отнять кислород не может. Соответственно, остаётся и лишний, чистый углерод. В условиях огромного давления принимающий наиболее компактную форму – алмаза…
И тут нужно подчеркнуть ещё одно удивительное свойство углерода. Этот химический элемент не имеет жидкого агрегатного состояния. При нормальном давлении и температуре 3900 К (что чуть меньше температуры фотосферы Солнца) углерод можно испарить. Но, если температура ниже или давление повышено, он останется твёрдым.
...Плюс алмаз – прочный минерал. Об этом, пожалуй, все слышали…
О чём речь? О том, что если где-то в недрах при перемешивании пород тепловым движением сепарируется углерод, то он образует кристаллы. Превращающиеся в почти неразрушимую «упаковку» для всего, что окажется внутри. Путешествие вверх содержимому полостей алмаза ничем не грозит.
И теперь уже о содержимом. Важным открытием стало обнаружение в сверхглубоких алмазах гелия-3. В настоящий момент из недр в атмосферу просачивается «правильный» радиогенный гелий-4. В хондритах же, как и в лунном реголите, присутствует высокая примесь гелия-3, рождающегося в термоядерных реакциях на Солнце. Из верхней мантии, связанной с корой круговоротом вещества, лёгкий изотоп гелия давно выветрился. Но в нижней изотопный состав вещества планеты всё ещё сохраняет черты «космического». Всё-таки, гелий – не водород – и из кристалла убежать не способен. Соотношение же гелия-3 к гелию-4 позволяет проверить модели формирования планеты, – ведь изотопный состав первичного вещества различается ещё и от кольца к кольцу… Но тут – без сюрпризов. Земля состоит из того, что крутилось на расстоянии 1 а.е. от Солнца.
Ещё одним включением стал редчайший (частота обнаружения в коре планеты равна нулю) минерал давемаоит, – кубическая форма CaSiO3. Это абсолютно неинтересный минерал, из которого планета состоит на 1% по объёму. Открыт он был лабораторно, – путём воссоздания условий, в которых вещество находится на глубине 660-2900 километров. И только потом включения из давемаоита обнаружились в глубинных алмазах. Что означает экспериментальное подтверждение существующих представлений об изменениях температуры и химического состава нижней мантии с глубиной.
Наконец, в составе сверхглубоких алмазов, – причём, совсем сверхглубоких, родившихся на глубине 900 километров, – был обнаружен лёд. Водяной, но необычный, а экзотический, – лёд VII. Данная модификация льда с кубической кристаллической решёткой имеет плотность 1.65 грамма на кубический сантиметр и плавится только при температуре 1000 градусов. Такой лёд характерен для недр ледяных лун планет-гигантов, а также «водяных» экзопланет… Но на Земле?
Это уже что-то новое. В нижней мантии водород, конечно, восстанавливает другие минералы, образуя воду. Но предполагалось, что молекулы воды «связаны» – рассеяны в твёрдом, раскалённом веществе. Лишь потом, выше, при расплавлении пород в верхней мантии и их застывании на нижней границе коры, вода может отделиться… Обнаружение льда в алмазах свидетельствует, что глубоко в недрах идут и какие-то неучтённые процессы.
...Очевидным вопросом будет, однако, как сверхглубокие алмазы попадают на поверхность Земли? Эпицентры землетрясений, свидетельствующих о тепловом движении вещества, – поднятии плюмов – всплытии более нагретых масс камня в камне менее нагретом и плотном, – отмечены до глубины 750 километров. На границе же верхней и нижней мантии вещество, как и следует ожидать, плавится…
Но углерод-то не имеет жидкой фазы. Алмазы выносятся на условное «дно» океана лавы. Сами по себе они не всплывут, так как их плотность (3.5 грамма на кубический сантиметр) выше плотности оливина (3.1 грамма). Однако разница невелика, и алмазы легко могут увлекаться восходящим током нагретой лавы. Затем, вместе с ней, через протоки – кимберлитовые трубки – алмазы могут быть затянуты в кору.