Алмазы сформировались из океанского дна

Ученые нашли подтверждение теории, что исходным субстратом для формирования алмазов являются отложения на дне океанов. Лабораторные опыты, имитирующие условия на глубине в сотни километров, показали, что реакции веществ со дна океанов воспроизводят наблюдаемый в алмазах состав солей, пишут авторы в журнале Science Advances. 

Алмаз — одна из модификаций углерода, которая образуется при высоком давлении. В случае Земли подходящие условия формируются в верхних слоях мантии на глубине в пару сотен километров. Кристаллизация камней должна происходить в основания кратонов (старые и неподвижные части континентальной литосферы). Впоследствии они попадают на поверхность планеты посредством специфического вида вулканической активности, которая приводит к формированию кимберлитовых трубок.

Камни ювелирного качества обычно состоят из чистого углерода, но встречаются также минералы с включениями, к которым относятся быстрорастущие волокнистые алмазы. Последние обычно не используют для изготовления украшений, так как часто они недостаточно прозрачны, а также содержат специфические примеси. Обычно такие алмазы используют в производстве инструментов, их дробят, а получившуюся пыль используют, например, для нанесения на буровые коронки.

Точные условия, при которых формируются алмазы, тем не менее, остаются неизвестными. В частности, не удается объяснить высокие относительные концентрации солей калия по отношению к аналогичным соединениям натрия, растворенным в жидких включениях в алмазах. Подобный баланс элементов не предсказывается для мантии. В 2005 году в Nature вышла статья, в которой выдвигалось предположение, что жидкие включения являются остатками древней воды из океанов, которая оказалась заперта в донных минералах и попала на глубину в результате субдукции коры. Тем не менее, эта гипотеза не объясняла данные по калию.

В работе под руководством Майкла Фёрстера (Michael Förster) из Университета Маккуори в Австралии ученые пытались воспроизвести условия в мантии, нагревая и сдавливая образец, содержащий поднятые со дна океана отложения, и перидотит — типичный минерал из верхней мантии. Эксперименты проводились при давлении от 3 до 6 гигапаскалей и температуре от 800 до 1100 градусов Цельсия, что соответствует параметрам среды в мантии на глубине от 100 до 200 километров.

Анализ полученных образцов показал высокое отношение концентраций солей калия к солям натрия, похожее на наблюдаемое в волокнистых алмазах. Также ученые заметили формирование богатого натрием минерала клинопироксена, в состав которого вошла значительная доля элемента, сместив соотношение во включениях в пользу калия.

Результаты позволили выдвинуть авторам модифицированную теорию происхождения алмазов и их включений. Согласно ей, участок океанического дна должен опуститься на глубину не менее 200 километров. Это погружение должно протекать достаточно быстро, так как высокое давление должно оказать действие до полного расплавления вещества. В течение этого процесса запертая в глинах и отложениях вода также окажется на глубине, где растворения окружающих веществ и реакции с перидотитами позволят образоваться нужной смеси, из которой потом кристаллизуются алмазы с включениями. Тем не менее, есть данные о происхождении некоторых алмазов на значительно больших глубинах, а также на ранней Земле, и к таким камням новая теория неприменима.

«Мы показали, что процессы, приводящие к росту алмазов, обусловлены переработкой океанических отложений в зонах субдукции, — говорит Фёрстер. — В опытах мы также получили минералы, которые являются обязательным ингредиентом для формирования кимберлитовых магм, которые затем переносят алмазы на поверхность Земли». 

Ранее ученые выяснили, что карбонаты могут сами превращаться в алмазы при падении метеорита, алмазы с погибшей протопланеты находятся в метеорите, а минимальным количеством атомов углерода, необходимым для роста такой модификации, оказалось 26.

Тимур Кешелава