Щелочные соединения тектонических плит могут катализировать рост алмазов

Российские геологи впервые экспериментально доказали, что при формировании алмазов на глубине в них может включаться погружающийся при тектонических сдвигах материал с поверхности. Статья, посвященная результатам исследования, опубликована в журнале Gondwana Research.

Чтобы получить алмаз из графита напрямую, нужны экстремальные условия: давление больше 15 ГПа и температура выше 1500 °C. Катализаторы-расплавы позволяют алмазам расти в более умеренных условиях: в 150–200 км под землей при давлении в 5–7 ГПа. Сперва графит растворяется в расплаве, образуя в нем комплексы углерода, а затем из углерода получается алмаз.

В лабораториях и на фабриках выращивают синтетические алмазы, помещая графит в расплавы переходных металлов — железа, никеля, кобальта, марганца. Раньше считалось, что в природе алмазы образуются в них же. Недавно в некоторых кристаллах действительно нашли включения застывшего металлического расплава. В большинстве алмазов — расплавы высокощелочные карбонатные и силикатные. В конце 1990-х годов российскими учеными было показано, что алмазы могут расти в щелочных карбонатных расплавах так же, как и в металлических, но при гораздо более низких температурах. Практически как в природе. Однако щелочи, в первую очередь калий, которые содержатся в расплавных включениях алмазов, не характерны для тех глубин, на которых эти алмазы растут. Среди ученых сегодня доминирует точка зрения, что щелочные соединения поступают туда с поверхности Земли в результате движения богатых калием и карбонатами литосферных плит.

Ученые из Института геологии и минералогии СО РАН решили экспериментально проверить, действительно ли из этих пород на большой глубине образуются расплавы, которые находят в алмазах. Они подготовили состав, соответствующий среднему составу континентальной коры, добавили углекислый газ в виде карбонатов и поместили смесь в прессовый аппарат при давлении в 6 ГПа, которое соответствует глубине примерно 200 км, где растет большинство природных алмазов. Температура в экспериментах варьировалась от 1000 до 1500 °C — таким образом, ученые охватили весь температурный диапазон, при котором предполагается природное алмазообразование. Затем образцы вынимали из пресса, делали срез и исследовали под электронным микроскопом и более тонкими методами — с помощью рамановской спектроскопии.

«Когда мы проанализировали состав образцов, обнаружили, что он близок к составам минеральных расплавных включений природных алмазов. При температурах 1 000–1 500 °C в них образуются кремнезем и другие силикатные минералы, характерные для одной из самых распространенных пород в мантии — эклогитов. Подобные ассоциации находят в Кокчетавском массиве, где они сосуществуют с алмазами. Также в образцах присутствуют два высококалиевых расплава: карбонатная и силикатная жидкости. Наши данные впервые подтвердили, что они могут образовываться в результате плавления континентального материала, который погрузился на большие глубины», — рассказывает ведущий научный сотрудник ИГМ СО РАН Антон Шацкий.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.