Ученые подтвердили естественное происхождение алмазов на небольшой глубине

Ученые подтвердили, что наноалмазы внутри офиолитов имеют естественное, а не антропогенное происхождение. Это идет вразрез с классическими представлениями, согласно которым алмазы в природе формируются на глубинах в сотни километров при больших давлении и температуре. Авторы предполагают, что обнаруженный ими метан, который окружает кристалл, говорит в пользу ранее высказанной гипотезы о низкотемпературном синтезе алмазов в восстанавливающих условиях. Статья опубликована в журнале Geochemical Perspectives Letters.

Алмаз — это аллотропная модификация углерода, которая, согласно традиционным представлениям, образуется при высоких температуре и давлении. Считается, что природные алмазы формируются в недрах Земли на глубинах в сотни километров, и иногда в результате геологических процессов алмазосодержащие породы переносятся ближе к поверхности, где их находят люди. Этот минерал весьма редок, поэтому в XX веке люди научились выращивать синтетические алмазы. Это делают либо при помощи мощных прессов, либо методом химического осаждения из газовой фазы.

В конце XX века алмазы обнаружили в офиолитах. Это настолько противоречит имеющимся научным данным, что первоначально находку посчитали ошибкой, случившейся из-за загрязнения образца. Дело в том, что офиолиты — это остатки древней океанической коры, которые обычно залегают на глубине нескольких километров и не должны спускаться в места, достаточные глубокие для образования алмазов. Таким образом, если обнаружение в них алмазов не объяснить, то придется коренным образом пересмотреть современные геологические модели. В прошлом году российские ученые проанализировали химический состав находок и пришли к выводу, что по составу примесей они идентичны синтетическим алмазам, которые промышленно выращиваются в Китае. Точного механизма загрязнения этими алмазами офиолитов исследователи предложить не смогли, но, в любом случае, загрязнением можно объяснить лишь те вкрапления, которые находятся на поверхности минералов.

Нюриа Пуйоль-Сола (Núria Pujol-Solà) из Барселонского университета и ее коллеги доказали естественное происхождение алмазных вкраплений в офиолиты. Они исследовали оливин, найденный в офиолитовом массиве Моа-Баракоа на Кубе. Образец поместили под микроскоп, и обнаружили ряд крошечных включений, размером около пяти микрон. Эти включения в минерал оказались жидкими, а микроскопия отраженного света подтвердила, что они полностью утоплены под поверхность кристалла.

Чтобы определить состав этих включений, ученые прибегли к рамановской спектроскопии. Анализ показал, что пузырь жидкости состоит из метана, а в нем присутствует кусочек алмаза размером всего 300 нанометров. Изучение под просвечивающим электронным микроскопом помогло обнаружить, что нанокристалл окружен тонким слоем минерала серпентина.

Исследователи предлагают следующую модель формирования таких алмазов. Первоначально океанская вода попадает в породу через трещины. Далее при сравнительно невысокой температуре (меньше 350 градусов) и давлении (меньше 200 мегапаскалей) вода вступает в реакцию с серпентином и бруситом, отчего образуется водород. Водород реагирует с углекислым газом и в результате получается абиогенный метан — один из вариантов сырья для синтетических алмазов. Компьютерная симуляция 2013 года показала, что из смеси углекислого газа, метана и воды алмазы могут образовываться в крайне восстановительной среде при температуре 350-400 градусов и давлении меньше 0,2 гигапаскаля. Это гораздо меньше чем 950 градусов и 4,5 гигапаскалей, при которых растут обычные алмазы в недрах Земли, но зато укладывается в границы, характерные для метаморфоз офиолитов.

В происхождении земных алмазов остается много темных пятен. Недавно ученые выяснили, что исходным материалом для их формирования скорее всего являются морские отложения, которые опустились вглубь на сотни километров. В любом случае, на Земле этого минерала не очень много, а вот в галактике могут быть целые планеты, наполненные алмазами.

Василий Зайцев