Камчатские вулканы извергаются неизвестными алмазами

Алмазы известны человечеству не менее 3 тысяч лет, но до сих пор остаются не до конца изученными. Точно не известны ни возраст, ни происхождение этого минерала. Существует несколько гипотез: магматическая, мантийная, метеоритная, флюидная и другие. Наиболее распространенными являются магматическая и мантийная теории: атомы углерода под большим давлением (50000 атмосфер) и на большой глубине (примерно 200 километров) формируют кубическую кристаллическую решетку: алмаз. Камни выносятся на поверхность вулканической магмой во время формирования так называемых «трубок взрыва».

Однако высокие значения температуры и давления не являются необходимым условием. Наиболее показательным процессом является синтез алмаза из углеродсодержащих газов, успешно применяемый во многих странах мира. Изучая последствия извержения в горном массиве Плоский Толбачик на Камчатке, которое началось в декабре 2012 года и закончилось в октябре 2013 года, ученые обнаружили алмазы, которые могли образоваться именно по данной схеме

Исследование проводили геологи из санкт-петербургского Горного института, камчатского Института вулканологии и сейсмологии и Института геологии Коми НЦ РАН, о результатах рассказано на сайте Министерства образования и науки РФ. Найденные в лаве толбачинского извержения алмазы сразу показались ученым необычными: под микроскопом по внешнему виду и форме кристаллов они были настолько похожи на синтетические, что на первый взгляд их можно было принять за искусственные.

Тем не менее, алмазы были настоящими, отличаясь от всех ранее известных разновидностей драгоценного камня по большинству минеролого-геохимических характеристик — от температуры сгорания до состава микропримесей. Их размер — достаточно крупный для лавовых пород: от 250 до 700 мкм. Все эти отличия позволили выделить алмазы из лавы на склонах Плоского Толбачика в неизвестный ранее тип — толбачинский. По мнению исследователей, они образовались не в магматическом расплаве, а в вулканических газах в результате шоковой кристаллизации под действием грозовых электрических разрядов. Подобный искусственный способ получения алмазов из газа с использованием сильного электрического разряда был запатентован в 1964 году во Франции.

На сегодняшний день из небольших проб застывшей вулканической лавы извлечено уже несколько сотен алмазов. Такое рекордно большое количество сравнивают с аномально высоким обогащением алмазами лавовых пород на месторождении Дачин в Индии (77 алмазов в 1 кг пробы) и необычной магматической породы в Канаде (1500 алмазов в 28-килограммовой пробе).

Всего на Камчатке — около 300 вулканов, примерно 30 из них — действующие. Наиболее активными являются Ключевская сопка, Шивелуч, Карымский, Жупановский и Плоский Толбачик.

Находки алмазов в лавах современных базальтовых извержений на Камчатке известны с конца прошлого века: в 1971 году в районе Ичинского вулкана Срединного хребта впервые было выделено восемь бесцветных зерен алмазов уплощенного габитуса. Уже тогда это вызвало большую полемику среди специалистов: от известных разновидностей минерала эти алмазы отличались по цвету и другим характистикам.

В последнее время новые алмазные месторождения кимберлитового типа открываются все реже. Рано или поздно это может привести к отраслевому кризису, поскольку алмазы становятся все более востребованы в ювелирном деле и в различных отраслях промышленности. Между тем, с начала XX века скапливаются данные о существовании в природе так называемых некимберлитовых алмазных месторождений. Алмазы в лаве последнего крупного извержения Толбачинского вулкана и другие алмазы, появляющиеся в нетрадиционных геологических обстановках, смогут эффективно компенсировать сокращающийся потенциал кимберлитовых месторождений.

Группа ученых из Германии и Канады определила, как именно алмазы, формирующиеся на колоссальной глубине, оказываются в кимберлитовых трубках. До недавнего времени эта важная деталь формирования самых главных драгоценных камней оставалась неясной. Теперь ученые надеются, что сделанное ими открытие поможет лучше понять динамику процессов формирования алмазов и, чем черт не шутит, поможет в будущем искать новые месторождения.

Чистый углерод встречается в природе в нескольких основных формах. Наиболее привычная всем — графит. В этом материале атомы углерода организованы в слои. В каждом слое атомы C располагаются в вершинах гексагональной (шестиугольной) решетки. Слои довольно слабо связаны между собой. Благодаря этому (то есть слабой взаимосвязи) Константин Новоселов и Андрей Гейм в 2004 году смогли получить графен — ровно один слой графита, используя обычный скотч, хотя это и совсем другая история.

Алмаз не является самой твердой аллотропной модификацией углерода. В настоящее время этот титул принадлежит специально обработанному лонсдейлиту. Структура его кристаллической решетки напоминает структуру решетки алмаза, за что данный материал даже получил имя гексагональный алмаз. Как показало компьютерное моделирование, обработанный образец лонсдейлита разрушается при давлении 152 гигапаскаля. Подобные материалы образуются при падении метеоритов.

Надо сказать, что эта модификация углерода издревле привлекала людей своими необычными оптическими свойствами. Дело в том, что у алмаза большие показатели преломления и дисперсия. Как следствие, в случае правильной огранки (то есть когда мы говорим по сути о бриллианте) он очень красиво сверкает, разлагая, среди прочего, свет на спектральные составляющие. Благодаря этой своей в целом интересной, но тривиальной, с точки зрения науки, особенности алмазы относятся к драгоценным камням. В наше время алмазы массово используются в промышленности благодаря своей твердости.Алмаз — кстати, по-гречески «адамас», что значит «несокрушимый» — является прямым родственником графита и угля, или, как говорят ученые, аллотропной модификацией углерода (как следствие, например, при температуре 2000 градусов Цельсия в струе кислорода алмаз сгорает почти без следа, превращаясь в углекислый газ). В нем атомы углерода расположены иным образом, нежели в графите. Атомы расположены в кубической гранецентрированной решетке — каждый атом углерода расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре соседа. Среди прочего, именно подобным расположением атомов объясняется необычайная твердость алмаза — образец разрушается при давлении в 97 гигапаскаль.

Как возникают алмазы? С точки зрения геологии, есть несколько способов. Так как ученые из Германии и Канады, о которых шла речь в начале статьи, интересовались наиболее распространенным — магматическим — способом, то начнем с наименее вероятных. Ученым известно, что алмазы образуются, с одной стороны, при колоссальном давлении — 50000 атмосфер — и относительно небольшой температуре — 900 -1300 градусов по Цельсию. По мнению исследователей, такие условия могут возникать, например, при падении метеоритов. К таким алмазам относят, например, обнаруженные в кратере Попигай в Сибири.

Еще один способ, крайне редкий, это превращение графита в алмаз. Несмотря на то, что эти два материала — родственники и подобный способ получения алмазов был описан в «Утиных историях» (Скрудж Макдак использовал арахис, чтобы привлечь слонов, которые своим топотом превратили уголь в истощенном месторождении в алмазы), в мире существует единственное месторождение, алмазы в котором появились именно в результате такого процесса. Это Кумдыкульское месторождение, и оно находится в Северном Казахстане, в 25 километрах к юго-западу от города Кокшетау. Алмазы образовались здесь в результате погружения углеродсодержащих осадочных пород в мантию. Такие алмазы называются алмазами метаморфогенного (то есть преобразования под действием температуры и давления) типа.

Сюда же можно отнести так называемые карбонадо — черные алмазы, относительно которых среди ученых до сих пор нет консенсуса. Согласно одному мнению, они образовались в результате падения метеорита, согласно другому — они появились из органического углерода. На это указывает, в частности, соотношение разных изотопов этого элемента в алмазе.

Кимберлит — не единственный материал, связанный с алмазами. В 70-х годах прошлого века в Австралии было открыто богатейшее месторождение преимущественно промышленных алмазов, связанное с лампроитами. Это также вулканическая порода. Примечательно, что алмазы, обнаруженные в разных породах, по свойствам почти не отличаются.

Образование кимберлитовой трубки может происходить только в случае подъема магмы со значительной глубины — примерно 150 километров, что как минимум втрое глубже залегания «обычной» магмы для вулканов. Физические условия, о которых говорилось выше, существуют только там, где располагаются кратоны — ядра материков. Именно эта особая магма поднимается с глубин и, вырываясь на свободу, дает алмазы.Вместе с тем обычные прозрачные алмазы формируются, с точки зрения геологии, довольно просто. Сначала происходит извержение вулкана. Если все сложилось удачно (в частности, попалась правильная магма), то в том месте, где она прорывалась на поверхность, образуется коническая кимберлитовая трубка. Порода названа так в честь города Кимберли в ЮАР, где впервые эта порода была обнаружена в конце XIX века — до этого момента алмазы находили в руслах рек (так называемые вторичные месторождения), куда они попадали в результате размыва тех же кимберлитовых трубок.