• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
6137
Раздел: Науки о Земле
Сага о несостоявшихся бриллиантах

Сага о несостоявшихся бриллиантах

«Лучшие друзья девушек – это бриллианты…», – часто слышим мы песенку, которую напевала еще Мерилин Монро. И перед нами сразу всплывает картинка: ослепительные радужные искры света, вспыхивающие на идеальных гранях камня, оправленного в благородный металл… Доллары, помноженные на караты. Но жалкими останками некогда существовавшего кристалла-красавца представится великолепный бриллиант минералогу, видящему в алмазе совсем иную красоту и пользу. И красота эта недоступна зрителю в обычных условиях освещения, когда алмаз заслуженно сравнивают с невзрачными осколками стекла

Не считая геологов врагами ювелирных украшений и тем более прекрасного вообще, признаем, что сам алмаз в ходе минералогического исследования может постигнуть незавидная участь. Возникает резонный вопрос: так ли уж необходимо использовать для подобных целей столь редкий и дорогой минерал? Ответ будет – да, стоит. Привлекательность алмаза для геолога определяется уже тем, что с его помощью можно узнать много не только о строении Земли и составе слагающих ее горных пород, но и об эволюции в планетарном масштабе. Ведь, как ни странно, человечество много дальше заглянуло в космос, чем в глубь своей родной планеты – последнее можно сравнить, пожалуй, лишь с уколом иголки в кожуру огромного яблока.

Прекрасный алмаз рождается в невзрачном кимберлите

Основными источниками алмазов являются кимберлиты – магматические породы, поднявшиеся из недр Земли и застывшие в ее коре. Канал их проникновения часто напоминает зауженную к низу трубу, из-за чего сложенные ими горные тела были названы кимберлитовыми трубками. Это своего рода сверхглубокие скважины с ценным содержимым, подаренные нам природой.

Алмазы образуются из углерода при температуре порядка 1000° C и более и при давлении около 40 кбар. Добытый из кимберлита кристалл алмаза хранит информацию о геологических событиях и процессах, происходивших в мантии Земли на глубинах 150–300 км, начиная с десятков миллионов лет назад. И основная цель современных исследований алмазов – расшифровка этих уникальных данных, заключенных в столь редком и прекрасном «носителе».

Октаэдрические кристаллы алмаза, снятые в различных режимах освещения

Изучение алмаза начинается с вполне безобидного способа – наблюдения под микроскопом. В этот момент определяется его ценность для дальнейшего исследования и алгоритм решения задач. В первую очередь определяется цвет, форма кристаллов или их сростков. Это могут быть многогранники – октаэдры, кубы, додекаэдры, а также гораздо более сложные округлые формы.

Чтобы изучить внутреннее строение кристалла, используют различные режимы освещения. Его рассматривают в обычном (дневном), отраженном, косом, проходящем, поляризованном свете… Картины меняются почти как в калейдоскопе, и мы видим все больше деталей, о которых раньше и не подозревали. С помощью методов оптической микроскопии мы можем прочитать в первом приближении судьбу кристалла алмаза: его юность, отрочество, старость… Говоря научным языком – его онтогению, связанную с ростом и разрушением, а часто – с растворением кристалла. И, между прочим, открывающаяся при таком исследовании неожиданная красота природного алмаза завораживает ничуть не меньше, чем иной совершенный бриллиант.

Октаэдрический кристалл алмаза в обычном, проходящем, поляризованном свете и ультрафиолетовом свете (слева). Шестилучевая звезда, засиявшая в алмазе под действием ультрафиолетового света, показала продвижение вершинок кристалла-октаэдра во время его роста (справа)

Свечение алмаза в ультрафиолетовом свете – довольно обычное явление. Получаемая при этом картина фотолюминесценции, невидимая при дневном свете, позволяет рассмотреть его внутреннюю анатомию. Дело в том, что на каждой стадии существования кристалла алмаза его форма определенным образом отражается в зонах и секторах роста его граней. Секторы и зоны в алмазе могут светиться любым цветом – от холодного синего до теплого красного и оранжевого. Зависимость цвета фотолюминесценции от состава и дефектов структуры алмаза до сих пор остается полностью не раскрытой. Более детально картину тонкой зональности кристалла можно рассмотреть на специальных ориентированных срезах и пластинках, вырезанных из алмазных кристаллов с помощью катодолюминесцентной приставки к электронному микроскопу. Затем поверхность препарата бомбардируется пучком электронов и фиксируется его свечение. Люминесценция алмазов может возбуждаться и рентгеновскими лучами: это свойство алмаза позволяет отбраковывать посторонние минералы еще во время добычи.

Лишь в поляризованном свете можно увидеть в центре этого алмазного кристалла тонкие детали строения – ядро октаэдрической формы, свидетельство смены условий роста кристалла

Микроморфологию алмаза – тонкую скульптуру его поверхности – изучают в отраженном свете. Посылая к грани алмаза луч света с известной длиной волны, можно получить картину интерференции в виде чередующихся радужных полос. По расстоянию между последними и измеряется разница в высотах рельефа. Для более детальных исследований поверхности используют электронную микроскопию. Рельеф на гранях кристалла может отражать и заключительный этап его роста, и так называемые постростовые процессы. Например – процессы растворения, которые могли протекать в мантии или при транспортировке кристалла в магматическом расплаве. Благодаря исключительно высокой твердости алмаза скульптура поверхности его кристаллов хорошо сохраняется в течение всех перипетий его жизни на поверхности Земли, связанных с переносом водными потоками. А этот период времени может охватывать сотни миллионов лет!

На поверхности алмаза отчетливо видны следы травления: в виде черепицы на додекаэдрических гранях и в виде тетрагональных ямок – на кубических гранях кристаллов (справа). Правильно ориентированные тригональные пирамидки и распространяющиеся от них слои с как бы остановившими свой бег ступенями являются формами роста октаэдрических граней алмаза

В кристаллах алмаза можно обнаружить включения различных минералов, которые для исследователей имеют значение не меньшее, чем сами алмазы. Минералы-включения могли образоваться одновременно с алмазом-хозяином. В этом случае их называют сингенетичными, они, как правило, отличаются сходством формы с формой кристалла-хозяина. Встречаются и включения, захваченные алмазом непосредственно из среды кристаллизации во время роста кристалла. Они являются более ранними образованиями по сравнению с самим алмазом. Реперами экстремально высоких температур и давлений во время образования алмаза служат включения высокоплотных кристаллических модификаций кремнезема – стишовита и коэсита. Эти минералы, сравнительно недавно обнаруженные в алмазе, сходны по составу с обычным кварцем SiO2.

Изучение химического состава минералов-узников и их ассоциаций также дает много информации о некогда существовавших геологических, химических условиях и параметрах температуры и давления. В алмазах часто находят гранат, оливин, пироксен, графит, сульфиды, много других минералов и даже газово-жидкостные включения. Включения извлекаются из алмаза путем раскалывания, шлифовки или распиловки его кристаллов. Один из лучших способов сохранить «узников» алмаза для исследования – это, как ни печально, сжечь сам алмаз, который легко сгорает в обычной атмосфере при температуре 850–1000 градусов. Золу, оставшуюся после сжигания алмаза, исследуют для определения его состава.

Кристалл алмаза, захваченный во время роста другим, более крупным алмазным индивидом. Фотографии в обычном, проходящем и поляризованном свете

С использованием метода изотопного датирования был определен возраст сингенетичных включений минералов в алмазах. А следовательно, как считают многие, и самих алмазов. Возраст этот оценивается разными исследователями от 1,5 до 3,5 млрд лет. Обнаружены и более молодые алмазы – возрастом «всего» сотни миллионов лет. В последнее время все большее внимание уделяется изотопному составу углерода в алмазе – соотношению тяжелого (мантийного) изотопа С13 и легкого (корового) С12. Обнаружение в алмазах легких изотопов, характерных для органических соединений, породило настоящий всплеск гипотез об источнике этих изотопов, вызвало дискуссии о миграции углерода в мантии и земной коре при перемещении материковых и океанических плит. На основании этих данных строятся планетарные модели дегазации ядра Земли в ходе ее эволюции. Как ни удивительно, они привлекаются даже при обсуждении спорного вопроса о происхождении – органическом или неорганическом – нефти и природного газа.

Похожие на леденцы красные включения граната и бесцветные включения оливина в алмазе близки к нему по форме, отражая симметрию зон и секторов роста алмазного кристалла. Это является признаком сингенетичности, т. е. одновременности происхождения минералов узников с минералом-хозяином

Здесь упомянута лишь малая часть результатов исследований алмазов: этой теме посвящены тысячи научных публикаций. И надо заметить, что с появлением каждого нового метода и на каждом новом этапе исследования, с каждым новым результатом появляются новые спорные дилеммы. Достаточно вспомнить длившуюся почти сто лет дискуссию о происхождении округлых форм кристаллов алмаза: является это результатом процесса роста или, напротив, процесса растворения? Точку в этом споре, похоже, удалось поставить новосибирским геологам: в ходе экспериментов по растворению алмаза было получено большинство его природных форм. Но это уже совсем другая история и тема для новой публикации.

В публикации использованы фотографии автора. На первой странице – фотографии В. Короткоручко

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!