Ученые воспроизвели природный процесс кристаллизации алмаза с гранатом
Исследование преобразований, совместно происходящих с гранатом и алмазом при взаимодействии с углекислым и водно-углекислым флюидами в присутствии углерода в условиях, близких к таковым в мантии Земли, провели ученые из Института геологии и минералогии (ИГМ) им. В. С. Соболева СО РАН, 27 ноября сообщает сайт Десятилетия науки и технологий в России.
Гранат широко распространен в мантии Земли. Его разновидность — пироп, считается постоянным «спутником» алмаза, поэтому его используют как поисковый признак алмазных месторождений.
Эксперименты новосибирских геологов подтвердили гипотезу, что драгоценные камни алмаз и гранат могут расти совместно. В природе такие процессы идут при температуре и давлении, существующих на глубинах порядка 200 километров, при взаимодействии граната с присутствующими в мантии Земли углекислыми и водно-углекислыми флюидами (жидкостями), содержащими углерод.
Более ранние исследования показали важную роль этих жидкостей в алмазообразовании.
Ученые ИГМ СО РАН в своем эксперименте установили среднюю скорость роста алмазов в таких условиях, которая в зависимости от температуры составила от 0,013 до 0,8 микрометра в час. Это означает, что для выращивания «естественным» способом алмаза в один карат (0,2 грамма) нужно от 4,5 месяца до 17,5 года.
Исследователи смоделировали условия мантии Земли с помощью аппарата высокого давления типа «разрезная сфера». Он обеспечил давление примерно в 65 тысяч раз выше атмосферного, которое существует на глубине порядка 200 километров, и температуру 950–1550 °C.
В установку были помещены образцы граната, затравочные кристаллы алмаза размером 0,5 мм, углерод в виде графита и оксалат серебра или щавелевая кислота — с помощью последних в лабораторных условиях создают углекислый и водно-углекислый флюиды.
После четырех дней эксперимента были проанализированы структура и химический состав полученных кристаллов. Оказалось, что флюиды изменили химический состав поверхностных слоев граната, снизив в них содержание оксидов магния и кальция, которые были замещены включениями углекислого флюида, карбонатов, карбонатно-силикатных расплавов и графита.
При этом высокое давление и температура привели к тому, что атомы углерода, растворенные во флюиде, сформировали новый слой на затравочных кристаллах алмазов.
Алмазы в присутствии граната росли за счет флюида со скоростью от 0,013 до 0,8 микрометра в час в зависимости от температуры. Таким образом, в природе образование алмаза массой в один карат шло бы от 4,5 месяца при температуре 1550 °С до 17,5 года при 1150 °С, а чтобы вырастить «Куллинан» (3106,75 карата или 621,35 грамма), ушло бы от 56 до 3000 лет.
Руководитель проекта, завлабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса ИГМ СО РАН, доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН Юрий Пальянов рассказал о значении проведенного исследования:
«Полученные результаты позволяют лучше понять условия, в которых формируются алмазосодержащие породы, и возможную роль граната в процессах кристаллизации алмаза. Также наши данные могут использоваться при построении современных моделей природного алмазообразования».
В планах ученых проведение исследований для выявления связи между условиями роста алмаза и его свойствами, чтобы использовать найденные закономерности для реконструкции процессов формирования алмазов в природе.
Результаты исследования были представлены в статье «Экспериментальное исследование взаимодействия гранатов эклогитового и лерцолитового парагенезисов с флюидом H₂O-CO₂ при РТ-параметрах литосферной мантии», опубликованной в журнале Lithos и статье «Экспериментальное моделирование взаимодействия гранатов мантийных парагенезисов с CO₂-флюидом при 6,3 ГПа и 950–1550 °С», опубликованной в журнале «Геология и геофизика».
