Откуда берутся бриллианты. Алмазы метеоритного происхождения. Из чего состоит алмаз
Для технических и ювелирных целей ежегодно добывается до 25 тонн алмазов. Происхождение алмазов всем известно, их добывают из кимберлитовых трубок. Даже в необработанном виде, этот материал стоит 12 миллиардов долларов. Как это ни странно, но миллионы людей всю свою жизнь связали с алмазами, их добыче, обработкой и продажей. Алмазы используются не только для того, чтобы богатые барышни получали сумасшедшие по цене подарки, не только тягу к роскоши покрывают эти дорогие минералы.
Как было подсчитано, использовать в своих целях алмазные инструменты приходится с превышением экономического потенциала любой из развитых стран, примерно в два раза. Но вопрос - происхождение алмазов, одновременно и прост и сложен. О том, как они образуются в природе, есть несколько гипотез, каждая из которых имеет право на существование. Как считается в официальной науке, алмазы в свое время подвергались кристаллизации на очень больших глубинах в мантии, а затем.в кимберлитовых трубках они были доставлены к поверхности планеты. Правда о том, каков механизм образования алмазов и как растут из глубин земли кимберлиты, почему они имеют такую структуру, никто не может ответить. Алмазоносным породам в мантии и самим алмазам на сегодняшний день посвящено несколько тысяч статей, изданных в научных журналах. Но есть три главных загадки алмазов, на которые нет убедительного ответа ни в одной из статей. Почему кимберлиты можно найти только в платформенных частях, которые отличаются повышенной стабильностью и мощью. Почему глубинные слои мантии смогли пробиться изнутри земли к поверхности через тяжелые и легкие породы на 40 километров к самой поверхности. И почему кимберлитовым трубкам понадобилось пробивать именно самые стабильные толстые платформенные блоки, которые преодолеть очень сложно. А в океанических донных областях, где толщина коры составляет всего 10 километров, этих пробоин не происходит, также как в неспокойных местах, где происходят разломы коры и десятки вулканов периодически извергают лаву. Ответов на эти вопросы у современных геологов пока нет.
Вторая ключевая загадка состоит в том, почему кимберлитовые трубки имеют именно такую форму, к которой мы привыкли Если говорить строго, то они выглядят не совсем как трубки. Они скорее имеют форму бокалов, используемых для шампанского. Эти конусы имеют достаточно тонкую «ножку», которая направлена в самую глубину мантии планеты. При этом геологи считают, что это трубки взрыва, хотя как мог образоваться взрыв такой формы. Взрыв бы имел Фому сферы, именно так распространяется ударная волна в глубинах земли и на поверхности. Ведь сегодня провели немало глубинных ядерных взрывов, раскопки на этих местах показывают, что они оставляют после себя сферические образования, Но как же объяснить то, что кимберлитовые трубки или конусы всё-таки существуют. Как они могли образоваться и почему они имеют именно такую форму, никто ответить не может.
Третьей основной проблемой современных исследований об алмазах, является то, почему кристаллы в кимберлитовых породах имеют такую непривычную странную форму. Как известно, те минералы, которые проходят кристаллизацию непосредственно из расплавленной магмы, имеют характерные черты. Они имеют вид ограненных кристаллов. Это цирконы, олвин, гранат и некоторые другие кристаллические минералы. Именно поэтому происхождение алмазов имеет столько недомолвок и непонятных мест. Ведь в кимберлитах алмазы имеют форму окатанной гальки, у них нет выраженной кристаллической формы. Геологи считают, что такая странная форма была им придана на этапе формирования, когда после кристаллизации их оплавила магма высокой температуры. Но плавление, как известно, способно превратить минерал в аморфное стекло, которое уже не имеет четкой кристаллической структуры. Но округлые зерна, в которых представлены не ограненные алмазы, не имеют никаких следов потери кристаллической структуры.
Никто так и не смог обнаружить этих признаков в алмазах, найденных в кимберлитовых трубках. Зато на перерабатывающих комбинатах из алмазов получаются отличные по форме октаэдры и другие фигуры, используемые в промышленных или ювелирных целях. А ведь согласно тем воззрениям, которые существуют на сегодняшний день, на поверхность эти зерна выносятся уже в совсем готовом виде. Они выносятся на поверхность с глубины в 150-200 километров. И эти кристаллы все так смогли достичь поверхности, не смотря на то, что они имеют множество внутренних напряжений, которые позволяют раскалывать их с легкостью под определенными углами. Не смотря на это.алмазы, которые проделали такой тернистый и непростой путь, в конце этого трудного времени, выглядят так, словно они были изготовлены на заводе. А вот кристаллам циркона, апатита и граната, которые выделяются из магмы непосредственно в трубку, удалось лишиться своих граней, как ни парадоксально.
Согласно новым аналитическим и экспериментальным материалам, можно построить абсолютно новый вариант формирования кимберлитовых трубок. Эта модель хорошо объясняет то, как разрешить и остальные геологические загадки, которые связаны с происхождением алмазом. Эта модель состоит в «выдохе» Земли, состоящем из водорода и метана. И кимберлитовые трубки, это ни что иное, как проколы, оставшиеся после того, как гигантские пузыри поднимались из глубин и проходили литосферных плиты насквозь. Этот пузырь проходил как иголка через твердые породы из кристаллов, составляющие фундамент плиты, а далее формируются расширения, которые возможны при воздействии давления в несколько тысячи атмосфер уже в легких осадочных породах. Это происходит так же, как в гидравлических трубках в любом современном автомобиле. Именно под платформами могут скапливаться огромные пузыри газа, который в обычном состоянии не может найти выхода из-под тяжелой платформы. И только в виде пузырей он может найти себе выход наверх.
Точное время открытия алмаза на данный момент не установлено. Все дело в том, что вид необработанных минералов достаточно тривиален и не привлекает особого внимания. Первые упоминания об индийских камнях относятся еще к III тысячелетию до н.э., но использовать их в ювелирных украшениях начали лишь около 500 лет назад, после того, как мастера освоили методы бриллиантовой огранки.
В России особую любовь к ним питала Екатерина II, во время ее правления в обиход вошло понятие бриллианта, как синонима богатства и роскоши.
Название минерала на разных языках имеет схожее звучание и значение. Арабы именовали его «алмас», то есть «самый твердый», греки — «адамас», что значит «несокрушимый». Русское слово «алмаз» было введено в оборот в середине XV века путешественником Афанасием Никитиным в книге «Хождение за три моря».
Физико-химические свойства алмаза
Алмазы - прозрачные бесцветные минералы, реже имеют розовые и желтые оттенки, обладают ярким блеском и высокими показателями светопреломления.
Минерал состоит из атомов углерода, равноудаленных друг от друга на расстояние 0,15 нанометров. Атомы образуют кубическую кристаллическую решетку, обеспечивающую алмазу самую высокую твердость по шкале Мооса - 10 единиц. Однако, из-за совершенной спайности кристаллы очень хрупки, а ошибочное отождествление понятий твердости и хрупкости часто влекло за собой разрушение ценных камней.
Так была уничтожена коллекция бриллиантов французского герцога Карла Смелого, который вел междоусобную войну с королем. Наемники Людовика XI, желая проверить подлинность камней с помощью молота, превратили их в порошок.
Образование и месторождения алмаза
Трудно поверить, но алмаз и графит являются практически братьями-близнецами. И тот и другой представляют собой чистый углерод. Для того, чтобы графит кристаллизовался необходимы особые условия: давление 45 000–60 000 атмосфер и температура 900–1300 °С, которые обеспечиваются на глубине 80–150 км под землей. Вместе с вулканической магмой камни выбрасываются из земных недр, формируя при этом коренные месторождения - .
Ученым известны также минералы метеоритного происхождения, образующиеся при столкновении космического тела с поверхностью Земли. Температура в момент удара достигает 3000 °С, а давление до 100 ГПа, в этих условиях формируется алмазоносная импактная порода. «Неземные» камни были обнаружены в Большом Каньоне в США в осколках метеорита, упавшего около 30 тысяч лет назад. В Якутии тоже имеется свое подобное месторождение - Попигайская астроблема, образовавшаяся 35 млн. лет назад.
Разработка импактитов является нерентабельной из-за малого размера кристаллов, поэтому промышленная добыча ведется традиционными методами на «земных» месторождениях, которые встречаются практически на всех континентах, а наиболее крупные расположены в Южной Америке (Бразилия) , России (Якутия) , Африке (Ботсвана, Ангола) .
На данный момент признанным монополистом на рынке является американская компания , контролирующая 75% мировой добычи и оборота алмазов. Во всем мире высоко ценятся и пользуются большим спросом камни российского производства. Основной алмазодобытчик России - компания «Алроса», добывающая 95% алмазов в стране.
Природные фантазийные бриллианты компании
Помимо качественных бесцветных камней при удачном стечении обстоятельств иногда удается добыть фантазийные ярко-желтые, ярко-розовые и голубые алмазы, составляющие всего 1% от общего объема. Еще более редкими являются красные камни - алмазодобывающая компания Rio Tinto их на своем тендере всего несколько штук в год. Самыми ценными же среди цветных алмазов являются фиолетовые камни - они настолько уникальны, что цена их нередко превышает 1 миллион долларов за карат.
Отдельного внимания заслуживают . Являясь долгое время фактически отходами при добыче классически бесцветных камней, сегодня черные алмазы, и, как следствие, бриллианты задают собственный тренд в украшениях. Ювелирные изделия с черными бриллиантами зачастую становятся выбором тех, кто хочет выделиться из толпы и не любит идти на поводу у общепринятых канонов и правил.
Искусственные алмазы
Научные опыты по созданию искусственных алмазов начались в 1797 году, но первый минерал, выращенный в лаборатории, и метод его получения был запатентован американской компанией General Electric лишь в 1956 году. С тех пор технологии продвинулись настолько далеко, что сегодня многие искусственно выращенные камни совершенно неотличимы от природных без специального оборудования и большого опыта, а обычные способы распознания подделки работают далеко не всегда.
Однако, насыщение рынка такими камнями сдерживается законом спроса и предложения, так как падение цен на бриллианты невыгодно ни добытчикам натуральных ни производителям искусственных камней.
Известные аналоги природных алмазов
Стоит упомянуть наиболее распространенные камни, которые используются в украшениях вместо бриллиантов. Во-первых, это всем известные , впервые синтезированные в российском институте ФИАН. Во-вторых, это муассаниты, которые особенно сложно отличить от настоящего драгоценного камня, не имея нужных для этого знаний.
Кроме того, сравнительно недавно появились алмазы ASHA, поверхность которых покрыта слоем атомов углерода (из которого и состоит природный минерал) , что фактически делает подобный камень композитным материалом и при этом дарит ему больше блеска и «огня» по сравнению с теми же фианитами.
Отдельно стоит упомянуть ВДВТ (высокое давление, высокая температура) алмазы. Этот метод был разработан в 1950-е годы и фактически полученные в результате обработки камни являются абсолютно натуральными. Суть метода понять не сложно, если вспомнить об условиях формирования камня. В природе алмаз формируется под влиянием колоссального давления и температуры в течение определенного времени. Иногда такие камни попадают на поверхность раньше времени, представляя собой по сути «полуфабрикат». И для того, чтобы превратить его в красивый сверкающий алмаз, который в последствии будет огранен и инкрустирован, камень повторно подвергают воздействию высокого давления и высокой температуры, аналогичных природным, но уже в лаборатории. Такой алмаз остается полностью натуральным, но как бы «доработанным» людьми.
Наглядное сравнение настоящего бриллианта (в центре) с его аналогами: 1 - фианит (кубический цирконий) , 2 - муассанит, 3- бриллиант ASHA, 4 -лабораторно выращенный бриллиант
Магические и целебные свойства алмаза
Йоги при помощи алмаза лечат психические заболевания, сердце, почки, очищают печень. Воины носили перстни с бриллиантом, веря, что он придаст им силы духа и сделает непобедимыми. Кроме того, камень приносит владельцу счастье и оберегает от скверных привычек и поступков.
Кому подходит алмаз и бриллиант
Алмаз, как и бриллиант, - это камень смелых и решительных. Он требует к себе уважительного отношения и может оказаться бесполезным в руках слабого, неуверенного человека.
Алмаз - главный зодиакальный камень, управляющий всем кругом. Талисман с ним или с ограненным бриллиантом в первую очередь подходит Овнам, во-вторую - Львам. Хотя и другим знакам он не противопоказан.
Изучение генезиса алмазов является одной из важнейших проблем геологии. Существует множество гипотез происхождения, но ни одна из них не даёт точного объяснения фактов нахождения алмазов в природе и даже самих процессов образования этого минерала. Это связано с тем, что алмазы находят в сочетаниях с разными по свойствам и условиям образования горными породами. Наибольшее количество алмазов обнаруживают в щелочных ультраосновных породах, выполняющих жилы и «трубки взрыва», например, в кимберлитах Южной Африки. Также бывают единичные находки алмазов в перидотитах. Находки в андезитах и диабазах весьма сомнительны . Обычно алмазы добываются в россыпях, причём коренные источники их неизвестны. Только последние изыскания на Архангельском Севере позволили обнаружить богатейшие коренные месторождения алмазов .
Рассмотрим некоторые из наиболее популярных гипотез происхождения природных алмазов.
Алмазы происходят от неполного окисления углеродистых водородов, подобно тому, как сера сольфатаров происходит от неполного окисления сернистого водорода, весь водород которого обращается в воду, и только часть серы обращается в сернистую кислоту. Так точно нефть производит горную смолу, а смола - графит. Итак, если подвергать медленному окислению смесь углеродисто-водородных газов и воды, то, может быть, получатся алмазы.
Природные алмазы почти полностью состоят из углерода. Это означает, что напрямую - радиоуглеродным методом, возраст алмаза не определяется. Период полураспада изотопов углерода очень быстрый. Поэтому для определения возраста алмаза используют другие косвенные методы и не по углероду, а по включениям посторонних минералов, находящихся в нём (например, по пиропу). Этот факт в корне меняет трактовку данного посыла. Возраст включений в алмазах оказывается более древним, чем возраст вмещающих осадочных пород. Сейчас геологи уже могут спорить, где включения попали в алмаз: или в мантии, или в земной коре.
Магматическая теория.
Первые научно обоснованные предположения о генезисе алмазов были высказаны геологами, изучавшими африканские кимберлитовые трубки ещё во второй половине XIX в. К этому времени относятся высказывания о происхождении алмазов в результате непосредственного воздействия магмы на пласты угля . По мнению ученых, алмазы принесены на поверхность из глубинных очагов перидотитового слоя, находившихся на глубине порядка 150 км. В настоящее время большинство исследователей считают алмазы первичной составной частью кимберлитов, но расходятся во мнениях относительно места их образования .
По мнению А.В. Вильямса (исследователь алмазоносных месторождений Африки), на какой-то гипотетической неизвестной глубине существовал резервуар расплавленной магмы, которая благодаря изменениям температуры или давления уже начала кристаллизоваться и в некоторых участках этого резервуара превращаться в ультраосновные (перидотитовые, пироксенитовые и эклогитовые) породы. Кристаллизация и затвердевание ультраосновных пород, по его мнению, продолжались длительное время, в течение которого состав первоначальной магмы изменялся, пока она не приобрела состав кимберлитовой магмы. Вместе с другими кристаллами и минералами из первоначальной магмы на большой глубине выкристаллизовался и алмаз. Также в пользу магматической теории говорит тот факт, что в кристаллах алмазов можно встретить включения других минералов, что, в свою очередь, невозможно при образовании вне высоких температур и огромном давлении. Также в пользу данной теории говорит и тот факт, что алмазы срастаются, что опять же невозможно без высоких температур и огромного давления.
В Якутии был найден уникальный алмаз весом 57,8 карата. Размер светло-лимонного камня в форме октаэдра - 17х17х22 мм. Но главная особенность алмаза в том, что он состоит из двух частей: маленький алмаз находится внутри большого . Обычно внутри кристаллов находят графит, пироп, хризолит, маленькие алмазики попадаются крайне редко. Камешек задержался в росте из-за неблагоприятных условий. Когда они изменились, вокруг него выросла оболочка из нового кристалла, а маленький камень как бы являлся подложкой для образования нового большого.
Несмотря на физическую обоснованность мантийной гипотезы и, якобы, экспериментальное подтверждение её концепции в установках синтеза алмазов при сверхвысоких давлениях, существует ряд фактов, которые не объясняются с её позиций. Приведем некоторые из них.
Факт № 1. На срезах монокристаллов алмаза под действием ультрафиолетовых или рентгеновских лучей можно увидеть картины роста алмазов, аналогичные тем, что мы видим на поперечном срезе стволов деревьев. По их виду можно судить о физических и химических условиях, окружавших алмаз в период его роста. Из этих картин видно, что каждый кристалл алмаза имеет индивидуальную историю роста, изменяющуюся во времени и отличающуюся от истории роста других алмазов того же месторождения. Этот факт противоречит мантийной гипотезе, по которой считается, что алмазы росли в одинаковых термо-баростатических условиях и, как следствие, должны иметь примерно одинаковую историю роста.
Факт № 2. Генетический и геометрический центры одного кристалла алмаза обычно пространственно не совпадают. Этот факт говорит о том, что кристаллы в процессе роста были неподвижными и обтекались каким-то потоком среды, создававшем асимметрию в скорости процесса роста разных граней кристалла. В условиях верхней мантии этого быть не может, так как магма представляет собой относительно вязкую расплавленную силикатную среду, при любых перемещениях увлекающую с собой находящиеся в ней включения.
Факт № 3. Массоспектрометрический анализ алмазов показывает, что в основном они состоят из углерода мантийного происхождения с «тяжёлым» изотопным составом. Однако встречаются также алмазы с осадочным - «облегчённым» и «сверхтяжёлым» изотопным составом углерода. Наблюдаются даже значительные вариации изотопного состава внутри одного кристалла алмаза. Известно, что углерод с уменьшенной и увеличенной, относительно мантийной, концентрацией тяжелого изотопа углерода образуется только вблизи поверхности Земли за счёт процессов химического фракционирования. В условиях верхней мантии из-за высокой температуры этого не происходит.
Нельзя считать также доказательством мантийной гипотезы и тот факт, что большинство алмазов имеет мантийный изотопный состав углерода, так как вполне возможна ситуация, когда алмазы росли в приповерхностных условиях Земли из углерода или углеродсодержащих газов в период их извержения из мантии или несколько позже этого периода .
Все выше перечисленные противоречия являются лишь частью большого числа фактов, необъясняемых мантийной гипотезой происхождения алмазов.
Немагматическая теория. Немантийная теория предполагает образование алмазов в приповерхностных условиях Земли. В пользу немагматической теории говорит тот факт, что если бы алмазы, созданные при огромных давлениях и температурах, были бы подняты на поверхность, вследствие каких-либо причин то они, либо перекристаллизовались, либо взорвались в результате изменения температуры и уменьшения давления.
Существуют различные варианты этой гипотезы.
В качестве среды образования рассматриваются расплавленная и затвердевшая магма, возникающие газовые полости, солевые расплавы и водные растворы. В качестве источника углерода - термическая диссоциация углеродсодержащих газов и обратимые химические реакции.
Внутри кристаллов сибирских алмазов случается находить органические вещества и даже тонкие веточки растений! Это не вяжется с чудовищными давлениями и глубинами эклогитовой зоны, а, наоборот, подтверждает формирование алмазов в приповерхностных слоях земной коры.
Метеоритная гипотеза. Относительно недавно алмазы были обнаружены в метаморфических породах, глубина образования которых не превышает нескольких километров. И это заставило задуматься: все ли алмазы - гости из больших глубин? Есть предположение, что алмазы могут возникать и в межзвёздном пространстве . Как сообщили учёные Чикагского университета, микроскопические частицы алмазов, которые по возрасту оказались старше планет Солнечной системы и самого Солнца, были обнаружены на некоторых метеоритах . По мнению чикагского физика Р. Льюиса, они образовались в атмосфере какой-то удалённой звезды и были выброшены в космос, когда звезда взорвалась. Правда, найденные алмазы настолько малы, что триллионы их легко можно разместить на булавочной головке .
Встречаются и более крупные алмазы, заключённые в метеоритах. Так, в 1980 году сотрудники Смитсонианского института в Вашингтоне спиливали один из металлических метеоритов, найденный в Антарктиде, но вдруг заметили, что пила перестала углубляться в него, а потом сама быстро стала утончаться. Оказалось, что внутри метеорита были алмазы. Сам по себе этот факт не был новинкой. Но ранее считалось, что алмазы образуются в метеоритах при их ударе о землю, когда резко повышаются давление и температура. Антарктическая находка не испытала такого удара. Таким образом, теперь следует считать, что алмазы в метеоритах могут существовать ещё и до удара о землю, они могут, например, образоваться в результате столкновения с астероидами .
Флюидная гипотеза. Обратимся к факту нахождения гигантских алмазов в кимберлитовых трубках. Находка алмаза - супергиганта «Куллинан» (массой 621,2 г) на глубине 9 м от поверхности в бортовой части трубки сама по себе в состоянии противостоять всей сложной аргументации мантийной теории. И вот почему. Предположим, супергигант образовался в верхней мантии под давлением в сотню тысяч атмосфер и температуре несколько тысяч градусов Цельсия. А что должно происходить дальше?
Вариант 1. В случае медленного подъёма алмаза к земной поверхности падение давления будет больше, чем падение температуры, после некой критической величины (согласно условиям фазовой диаграммы равновесия графит - алмаз) он превратится в графит. В специальной литературе это явление известно как температурный барьер. До сих пор никто не придумал, как в таких условиях можно его преодолеть.
Вариант 2. В случае быстрого подъема вступает в действие другой барьер - литостатическое давление. Алмаз находился до подъёма в сверхсжатом состоянии, под давлением, предположим, 100000 атм. Если это давление резко снять, то от алмаза ничего не останется. Разлетится он на мельчайшие обломки.
Например, на Кольской сверхглубокой существуют проблемы с подъёмом керна с больших глубин. Взрываются они в керноподъёмнике, хотя глубины относительно небольшие - всего-то 8-10 км (около 2000 атмосфер) .
Гипотеза Тапперта. Исследователь Ральф Тапперт из университета провинции Альберта, Эдмонтон, Канада, опубликовал в одном из выпусков «Geology Magazine» статью, в которой выдвигает гипотезу о том, что алмазы могут представлять собой останки морских животных, которые были преобразованы в земных недрах, на глубинах много больших, чем считалось раньше .
Наряду с проблемой происхождения алмазов большой научный интерес представляет проблема определения возраста природных алмазов. Впервые учеными составлена карта регионов Земли, в которых формируются алмазы. В своей работе геологи опирались на данные землетрясений в Южной Африке, известной своими месторождениями драгоценных камней, за период 20 лет.
Эти данные затем были соотнесены с анализом примесей более чем в 4000 алмазов. В результате ученые смогли узнать возраст камней, а также состав горных пород, в которых они формировались. За небольшим исключением их возраст исчисляется миллиардами лет .
Древние римляне полагали, что бриллианты - это осколки падающих звезд. Древние греки считали их слезами богов. Камни пленили большинство цивилизаций, если не редкостью и красотой, то полезными качествами - алмазы - самые твердые вещества на планете .
Сегодня мы знаем, что атомы углерода под большим давлением (как правило, 50000 атмосфер) и на большой (примерно 200 км) глубине формируют кубическую кристаллическую решетку - собственно алмаз . Камни выносятся на поверхность вулканической магмой. Но ещё многое в образовании алмазов покрыто тайной.
Геологи разделили алмазы на три поколения.
Первое сформировалось примерно 3,3 млрд. лет назад. Эти камни из старейших горных пород - свидетели геологического детства Земли. Все они - из Южной Африки .
Второе поколение увидело свет чуть позже - примерно 2,9 млрд. лет назад. Их россыпи обнаружены уже в различных регионах. Условия их формирования немного отличаются. Анализ примесей в этих алмазах даёт основания полагать, что они сформировались внутри горных пород, которые первоначально были дном древнего мелкого моря. Каким-то образом они были погружены на большие глубины, где отложения углерода, возможно, живых организмов, при нагревании и давлении превратились в залежи алмазов.
Третье поколение камней появилось примерно 1,2 млрд. лет назад.
Известны и самые молодые - им около 100 млн. лет, однако их мало и их происхождение труднообъяснимо.
Геологи полагают, что эра крупных алмазов закончилась, и Земля больше не формирует драгоценные камни. Возможно, тогда планета была горячее, или состав геологических пород был несколько иным. Каковы бы ни были условия, они явно изменились. Алмазы - это признак геологической молодости Земли.
Таким образом, проблема происхождения и связанная с ней проблема возраста алмазов остаётся актуальной для современной геологической науки, но одно не вызывает споров - алмазы - это уникальные минералы.
Поскольку все алмазы древности были добыты из россыпей, очень долго оставались непонятными условия образования этих сверкающих камней.
Исключительность свойств алмаза также способствовала образованию вокруг него ореола таинственности.
Во восточным сказаниям "тот, кто носит алмаз, бывает угодным царям, слова его уважаются, сам он зла не боится, не теряет памяти и всегда бывает весел, но если алмаз истолочь в порошок и принять внутрь, то он, подобно яду, причинит смерть. Пристальное созерцание бриллианта разгоняет хандру, снимает с глаз мрачную завесу, делает человека проницательнее и настраивает на веселый лад".
Такие сведения отнюдь не проливали свет на происхождение алмаза.
В конце 18 века ученые доказали углеродную природу алмаза, из чего следовало, что алмаз – родственник печной сажи. Это было достижением науки, но в качестве поискового признака оно не годилось. Поэтому первые коренные месторождения алмазов нашли случайно. Детям, игравшим блестящими камушками, человечество обязано открытием первых алмахных кладовых. Их обнаружили в 1870 году в Южной Африке у местечка Кимберли, откуда все алмазоносные породы всего мира стали называться кимберлитами.
Такими породами заполнены редкие воронкообразные полости в земной коре, называемые также кимберлитовыми трубками, или трубками взрыва.
Согласно первой гипотезе, высказанной на основании изучения трубки Кимберли, алмазы образовались в результате взаимодействия магматического расплава с пластами углей, обломки которых находили среди пород, заполнивших трубку.
Но затем нашли алмазные трубки, которые не содержали угольных обломков. Были также найдены трубки, насыщенные углистым материалом, но совершенно лишенные алмазов.
Сейчас, пожалуй, наиболее распространена следующая гипотеза алмазного синтеза в недрах Земли. При высоких температурах и давлениях в глубинах нашей планеты существует силикатный расплав, из которого образуются горные породы.
Несколько сот миллионов лет назад отдельные, достаточно редкие (около 1000 на всю Землю) капли этого расплава оказались нагреты сильнее других и потому поплыли вверх. Они всплывали в разных местах, но больше всего их собралось в тех районах, которые теперь заняты южной оконечностью Африки и Сибирской платформой.
Почему так произошло, ученые еще не выяснили полностью. 
Предполагают, что раньше наша планета имела один праматерик Пангею, в котором Африка и Сибирь были соседями. Пангея затем раскололась на Лавразию и Гондвану, а из них образовались современные материки. В результате дрейфа континентов Африка и Сибирь разошлись по поверхности планеты на многие тысячи километров. Капли попадали в окружение более холодных слоев магматического расплава, и на их поверхности начинали кристаллизовываться силикатные минералы, в результате капли оказывались в оболочке, а учитывая их достаточно солидные размеры, можно сказать, что в камере.
Особенностью химического состава капель было присутсвие так называемых "летучих компонентов" – воды, углекислоты и других газов, поэтому нет ничего удивительного в том, что-таки запечатывавшиеся капли могли взрываться. Взрыв прошивал земную кору, образуя трубку с небольшим расширением вверху, при этом кимберлитовый расплав, насыщенный летучими компонентами, вскипал, подобно шампанскому, в только что открытой бутылке. Происходило резкое охлаждение, и кимберлитовая лава кристаллизовывалась в виде одноименной породы, а летучие продолжали подниматься вверх, поэтому территория в окрестностях кимберлитовых трубок выглядела наподобие современной Долины гейзеров, где в клубах пара бурлят потоки горячей воды.
Внешние проявления этой экзотики сейчас отсутствууют, а вот струи из углекислоты, метана, азота и водорода геологи постоянно встречают в кимберлитовых трубках. Иногда такое дыхание земных недр бывает весьма ощутимым.
Однажды при бурении скважины на одной из кимберлитовых трубок неожиданно ударил газовый фонтан из метана и водорода и горел ярким факелом несколько дней.
Природу газов в кимберлитах удалось установить с помощью изотопного анализа углерода. Оказалось, что углерод из углекислоты и метана – тяжелый, т. е. имеет изотопный состав углерода такой же, как и в глубине Земли, в мантии. Отсюда ясен источник углерода самих алмазов – они действительно образуются в самом пекле.
Существуют и другие предположения, объясняющие происхождение алмазов.
Среди них отсутствует одно – абсолютно верное, которое помогло бы налалить промышленный синтез ювелирных алмазов.
Объяснить, как образуются алмазы в кимберлитах, оказалось значительно труднее, чем освоить их промышленное производство. В начале 50-х годов 20 века с этой задачей как будто бы справились. В 1970 году промышленные предприятия США израсходовали 3,5 тонны искусственных алмазов. Но, несмотря на постоянный рост производства синтетических алмазов, добыча природных алмазов не только не сокращается, но и имеет тенденцию к расширению . Искусственные алмазы, к сожалению, обычно довольно низкого качества, поэтому используются только в технических целях. Да и стоимость их достаточно высока.
Мастерство природы при изготовлении алмазных кристаллов осталось непревзойденным.
Больше всего сведений о химическом составе внутренних зон Земли дает изучение не земных пород, а метеоритов, которые как считают ученые, являются основным строительным материалом Солнечной системы. Еще одним каналом информации о составе земных недр стали включения ультраосновных (бедных кремнекислотой) горных пород в кимберлитах, что само по себе подтверждает метеоритную гипотезу происхождения Земли.
Прежде чем стать кимберлитом, глубинный магматический расплав проходит, точнее проплывает, долгий путь из недр к поверхности. Вместе с алмазами кимберлитовая магма приносит образцы глубинных горных пород, из которых состоит земная мантия. Геологи называют такие образцы кимберлитовыми включениями и оказывают им исключительное внимание, так как эти породы доставлены на поверхность с глубины в несколько сот километров.
перидотит
Изучение химического и минерального состава алмазных спутников-пришельцев из мантии дает очень ценную информацию о глубоких зонах нашей планеты.
Большинство ультраосновных включений в кимберлитах состоит из горной породы – перидотита, образованного двумя минералами – оливином и пироксеном. Это говорит в пользу предположения ученых о том, что земная мантия состоит в основном из перидотита.
Кроме минералов ультраосновных пород в кимберлитах находят более редкие минералы, например, одну из модификаций кварца – коэсит. В то же время другую модификацию кварца – стишовит, образующийся при более высоком давлении, в кимберлитах никогда не обнаруживали.
На основании этих сведений ученые сумели рассчитать максимальную глубину образования алмазоносных пород. Ее указала точка пересечения кривой инверсии коэсит – стишовит и континентальной геотермы, которая представляет собой зависимость температуры от глубины. Получилось, что максимальная глубина образования кимберлитов 300 км, на такой глубине господствует давление 100 килобар.
Максимальную глубину образования кимберлитов подсказали алмазы. Пересечение инверсионной кривой алмаз – графит с континентальной геотермой дает давление около 35 килобар и температуру 800 градусов, что соответствует глубине 105 км.
Условия кристаллизации алмаза таковы, что при понижении давления необходимо увеличение температуры. Следовательно, присутствие алмаза в кимберлите служит доказательством образования алмазной породы на глубине более 100 км.
Ультраосновные включения в кимберлитах – еще одно свидетельство исключительности условий, при которых возникают алмазы.
Кимберлиты – породы вулканические, таких пород на Земле великое множество, и происхождение их связано с глубинным веществом мантии. Однако ультраосновные включения – почти полная монополия кимберлитов.
Алмаз – минерал класса самородных элементов, аллотропная модификация углерода, кристаллизующегося по кубической сингонии. Как образуются алмазы – самое твердое неметаллическое природное вещество?
Свойства, разновидности и образование кристалла
Алмаз – «твердейший» в переводе с арабского, по-гречески – адамас, «неодолимый». Так называли в древности алмаз – минерал исключительной твердости. Тогда кристаллы использовали только как драгоценные украшения или талисманы.
Сейчас алмазы востребованы не только в качестве драгоценностей, но также различными отраслями науки и промышленности. Для ювелирных бриллиантовых украшений нужны прозрачные («чистой воды») кристаллы. Все прочие, вне зависимости от габаритов и качества, относятся к техническим. Это трещиноватые и непрозрачные монокристаллы, мелкозернистые экземпляры, кристаллические сростки.
Непревзойденной скоростью проходки скальных горных пород характеризуется алмазное бурение. Необходим минерал для обработки рубина под оси шестерен часовых и других точных механизмов. Используется в изготовлении тончайшей проволоки (диаметром 0,001 мм), при создании алмазных «жал» — так называют сверла для высверливания твердых и хрупких материалах глубокими отверстиями мизерного диаметра.
Ученых и конструкторов привлекают такие свойства минерала:
- непревзойденная твердость;
- исключительная прозрачность;
- химическая инертность;
- способность к ионизации и к электризации;
- идентичность электронной плотности с тканями человеческого организма;
- уникальная теплопроводность;
- способность быть диэлектриком и полупроводником.
Алмазные счетчики используются в широком спектре исследований: от медицинских до космических.
Алмаз в природе – мелкие тусклые зерна, не привлекающие внимания непрофессионалов. К их граням прикипели пленки, корочки иных веществ. Даже прозрачные экземпляры с правильными формами не обладают сверкающим блеском, не играют светоотражением, как это свойственно бриллианту – алмазу с ювелирной огранкой.
Обособленный природный алмаз чаще представлен в форме октаэдра (8-гранник), реже додекаэдром (12-гранником) или кубом. Грани кристаллов плоские или плоскоступенчатые. Нередко встречаются округлые экземпляры.
На образование кривогранных форм есть 2 точки зрения. Согласно первой, первоначально плоские грани в процессе кристаллизации при спаде давления частично растворились по ребрам и вершинам, что округлило минерал. Вторая утверждает: кривые грани образовались в период роста кристалла.
Поверхности алмазных граней часто с дефектами (бугорки, впадинки, трещинки, выступы), что скрадывает алмазный блеск, подменяя жирным, стеклянным.
Помимо монокристаллов в алмазных месторождениях присутствуют:
Кристаллы могут быть белыми, серыми, желтыми или черными, но обычно бесцветны. Изредка встречаются зеленоватые, голубые, розовые. Крайне редки яркие синие, красные, зеленые чистые тона. Цвет сказывается ценой ювелирных и некоторых технических алмазов.
Большинство кристаллов крошечные: их масса не более 1 карата, что равно 0,2 г — минералам свыше 50 карат подбирают название.
Преданья старины
Алмаз известен до современного летоисчисления: первые индийские находки датированы 3-им тысячелетием до нашей эры. В Европу кристаллы стали поступать в XIII веке, но попытки ювелиров обработать камень терпели неудачи вплоть до XV века.
В древности и средневековье образование алмазов объяснялось многочисленными легендами.
В одной из них говорится, что кристаллы бывают мужскими и женскими, питаются росой небесной, способны расти и размножаться. Астрологи предписывали алмазу волшебные свойства.
Образование их, как считали древние индийцы, происходит при соединении «5-ти начал природы», которые представляют вода, воздух, земля, энергия и небо. В древних книгах приводится описание непревзойденной твердости минерала и других видимые свойства. Указывается на местонахождение алмазов – они могут образовываться «на скалах, в море и на холмах, там, где есть золотые рудники».
В сказке о Синбаде-мореходе говорится, что алмазы находятся на дне необычайно глубокого ущелья.
Исторические сведения
История открытий многих месторождений драгоценного камня говорит о случайных находках кристаллов в далеком прошлом. Так случилось в Индии близ г. Голконды (блестящий камешек нашел пастух), в Бразилии, где местные жители до прихода европейцев пользовались алмазами-фишками при играх. В
Африке по берегам рек Оранжевой и Вааль аборигены обмазывали глиной с алмазами стены хижин, а их дети играли драгоценными камешками.
«Алмазная лихорадка» в округе начиналась после попадания находки в руки знатоков. Некоторые алмазные месторождения открыты попутно при промывочных работах на разработке золотых россыпей.
Химический состав минерала стал известен только в 1797 году в результате его сжигания. Англичанин Теннант установил: алмаз состоит только из 1-го элемента – углерода. Графит, уголь, сажа – совсем другие по облику и свойствам вещества, но аналогичны по составу.
Современная наука объясняет причину внутреннего сходства и внешнего различия аллотропией – существованием простых веществ одного химического элемента, но различных своим строением. Это явление обусловлено способом размещения атомов в кристаллической решетке.
Атомы в алмазе расположены с максимальной плотностью и прочно связаны друг с другом по четырем направлениям. Графит представляет сетчато-слоистая структура из параллельно ориентированных слоев. Атомы в слоях прочно связаны между собой, между слоями связь слабая. Такая структура обуславливает малую твердость и низкую плотность графита, способность к расщеплению на пластинки.
Гипотезы ученых
Как углерод мог образоваться в недрах земли? Оказывается, элемент весьма распространен в космосе. Он обнаружен в виде углей, графита, алмазов в метеоритных осколках других небесных тел.
Спектрографические исследования установили нахождение углерода в парообразном состоянии и в соединениях с водородом и азотом в солнечной атмосфере.
Он находился в гигантских газово-пылевых сгустках, из которых сформировались планеты Солнечной системы, в том числе Земля. Охлаждаясь, газообразные вещества сжижались. Под влиянием силы тяжести происходило расслоение жидкого тела: тяжелые элементы оказались в центре, легкие – над ними.
Огненно-жидкие массы с углеродом из глубин Земли вырывались через тонкую земную кору и происходили реакции соединения углерода с более легким водородом. В земной коре углерода оставалось все меньше. Сейчас его 1% от массы планеты. Предполагают, что основной объем газа находится в мантийной оболочке, где под воздействием высоких температур и давления происходят химические реакции соединения атомов углерода с атомами тяжелых металлов.
При соединении атомов углерода друг к другу происходит образование алмазов, как предполагали академики Ферсман и Вернадский.
Они разработали схему геохимического цикла углерода в различных слоях земного шара, где показаны видоизменения элемента. Его полиморфные модификации, алмаз с графитом, расположены в нижних слоях литосферы.
Точно не установлено происхождение алмазов на планете Земля, но разработано несколько гипотез. Одна из них (мантийно-магматическая) утверждает, что для обращения углерода в природные алмазы необходимы:
Коренные месторождения алмазов связаны с диатремами – отверстиями в земной коре. Расплавы магмы, насыщенные газами, взрываясь на глубинах, прорывают мантию в наиболее маломощном слое (платформы континентов). Образуются трубки, заполненные кимберлитовой брекчией – остывшим расплавом магмы, содержащей обломки горных пород прорванных слоев. Кимберлиты содержат обособленные кристаллы и разновидности минерала – борт, баллас и карбонадо.
Приверженцы другой (флюидной) гипотезы предполагают: кристаллизация алмазов происходит на сравнительно небольших глубинах при распаде метана или его частичном окислении в среде, состоящей из смеси углерода, водорода, кислорода и серы, находящихся в газовом или жидком состоянии. Для процесса алмазообразования необходимо воздействие температуры более 1000 С и давления 100-500 Па.
Метеоритная гипотеза предполагает, что алмазы образовались из углерода соударением летящих метеоритов. В обломках находят мелкокристаллические алмазы: происхождение их связывают столкновением разогретых небесных тел с углесодержащими породами Земли.
Варианты образования алмазов
Значительные объемы мелких кристаллов минерала найдены в переплавленных породах стенок гигантского кратера, образованного метеоритом, врезавшимся с огромной скоростью в горные породы каньона Дъявола (США). Здесь алмазы (лонсдейлиты) имеют гексагональную сингонию, чем отличаются от земных алмазов с кубической структурой.
Много загадок хранит наша планета. Одна из них – происхождение алмаза. Начало разгадки положено. Люди научились выращивать синтетические алмазные кристаллы.