Алмазы из Южной Африки продемонстрировали «почти невозможную» химию

В двух алмазах, добытых в Южной Африке, обнаружили минералы, которые формируются при противоположных химических условиях. Это настолько редкая комбинация, что ученые считали ее «почти невозможной», сообщает Live Science. 

Присутствие этих веществ дает возможность увидеть химические процессы в мантии и реакции, в результате которых образуются алмазы.

ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ

Ученые впервые синтезировали "метеоритные" алмазы: они прочнее земных

Как и другие драгоценные камни, найденные алмазы содержат так называемые включения. Это крошечные частицы окружающей породы, захваченные во время формирования алмазов. Ювелиры такие включения не любят, но для ученых они являются важным источником информации. Особенно актуально это для алмазов, которые образовались глубоко в мантии, поскольку только так эти минералы могут подняться на поверхность.

Каждый из двух новых образцов алмазов содержит включения карбонатных минералов, богатых атомами кислорода (состояние, известное как окисленное), и бедных кислородом никелевых сплавов (состояние, известное как восстановленное). Подобно тому, как кислота и основание мгновенно реагируют, образуя воду и соль, окисленные карбонатные минералы и восстановленные металлы не сосуществуют долго. Обычно включения в алмазах содержат только один из них, поэтому их присутствие озадачило Якова Вайса, старшего преподавателя кафедры наук о Земле Еврейского университета в Иерусалиме, и его коллег настолько, что они в растерянности отложили образцы на год.

Повторное же изучение алмазов показало, что эти включения стали мгновенным снимком реакции, приведшей к появлению камней. Они впервые подтвердили возможность образования алмазов при взаимодействии карбонатных минералов и восстановленных металлов в мантии. Новые образцы – первый случай, когда ученым удалось увидеть промежуточный этап этой реакции в природном алмазе.

«По сути, это две стороны спектра [окисления]», — заявил Вайс.

Находка важна для понимания того, что происходит в мантии Земли. По мере погружения в недра нашей планеты породы и минералы становятся все более восстановленными, и в них становится все меньше и меньше молекул кислорода. Но прямых доказательств подобных изменений на данный момент было получено мало.

«Мы знали об этом восстановлении благодаря некоторым эмпирическим данным, полученным на основе реальных образцов на глубине, возможно, до 200 километров. То, что произошло глубже 200 километров, было всего лишь нашей идеей, нашими моделями, потому что получить необходимые материалы очень сложно», — заявила Майя Копылова, профессор кафедры наук о Земле, океане и атмосфере Университета Британской Колумбии, которая не участвовала в новом исследовании, но написала сопроводительную рецензию. По ее словам, на данный момент с такой глубины удалось получить лишь несколько образцов.

Новые алмазы происходят с глубины 280-470 километров под поверхностью Земли. Они стали первым подтверждением теоретических моделей химии в мантии. 

По словам Вайса, одно из открытий заключается в том, что окисленный расплавленный материал залегает глубже, чем предполагалось. Кимберлиты, извергающиеся породы, из которых алмазы выходят на поверхность, окислены, поэтому исследователи считали, что они не могут образоваться на глубине значительно ниже 300 километров. Однако эти открытия предполагают, что окисленные породы залегают глубже, а значит, могут и кимберлиты.

Реакции образования алмазов, вероятно, происходят, когда карбонатные жидкости затягиваются вниз тектоническими плитами, что приводит к контакту минералов с высоким содержанием кислорода и металлических сплавов мантии.

В некоторых алмазах также встречались отдельные атомы никеля, которые замещали углерод в их кристаллических решетках. По словам Копыловой, это обстоятельство оставалось загадкой, поскольку никель тяжелее углерода и не должен легко его замещать. 

«Теперь, глядя на эти данные, я понимаю, что это может быть просто признаком образования алмазов на определенных глубинах», — заявила она.

Ранее ученые заявили о том, что глубоко в мантии Земли может скрываться тайник с квадриллионом тонн алмазов. Вместе с тем, они находятся на глубине более 160 километров, что гораздо глубже, чем когда-либо достигала любая буровая экспедиция.