Майже неможлива хімія в алмазах – алмази з Південної Африки містять дивне поєднання мінералів
У них знайшли матеріали, які формуються в різних умовах.
У двох алмазах, видобутих у Південній Африці, виявили мінерали, які формуються за протилежних хімічних умов. Це настільки рідкісна комбінація, що вчені вважали її “майже неможливою”, повідомляє Live Science.
Присутність цих речовин дає можливість побачити хімічні процеси в мантії та реакції, внаслідок яких утворюються алмази.
Як і інші дорогоцінні камені, знайдені алмази містять так звані включення. Це крихітні частинки оточуючої породи, захоплені під час формування алмазів. Ювеліри такі включення не люблять, але для вчених вони є важливим джерелом інформації. Особливо актуально це для алмазів, які утворилися глибоко в мантії, оскільки тільки так ці мінерали можуть піднятися на поверхню.
Кожен із двох нових зразків алмазів містить включення карбонатних мінералів, багатих на атоми кисню (стан, відомий як окислений), і бідних на кисень нікелевих сплавів (стан, відомий як відновлений). Подібно до того, як кислота і основа миттєво реагують, утворюючи воду і сіль, окислені карбонатні мінерали і відновлені метали не співіснують довго. Зазвичай включення в алмазах містять тільки один із них, тому їхня присутність спантеличила Якова Вайса, старшого викладача кафедри наук про Землю Єврейського університету в Єрусалимі, та його колег настільки, що вони розгублено відклали зразки на рік.
Повторне ж вивчення алмазів показало, що ці включення стали миттєвим знімком реакції, що призвела до появи каменів. Вони вперше підтвердили можливість утворення алмазів під час взаємодії карбонатних мінералів і відновлених металів у мантії. Нові зразки – перший випадок, коли вченим вдалося побачити проміжний етап цієї реакції в природному алмазі.
“По суті, це дві сторони спектра [окислення]”, — заявив Вайс.
Знахідка важлива для розуміння того, що відбувається в мантії Землі. У міру занурення в надра нашої планети породи і мінерали стають дедалі більш відновленими, і в них стає дедалі менше і менше молекул кисню. Але прямих доказів подібних змін на даний момент було отримано мало.
“Ми знали про це відновлення завдяки деяким емпіричним даним, отриманим на основі реальних зразків на глибині, можливо, до 200 кілометрів. Те, що сталося глибше 200 кілометрів, було всього лише нашою ідеєю, нашими моделями, тому що отримати необхідні матеріали дуже складно”, — заявила Майя Копилова, професор кафедри наук про Землю, океан і атмосферу Університету Британської Колумбії, яка не брала участі в новому дослідженні, але написала супровідну рецензію. За її словами, наразі з такої глибини вдалося отримати лише кілька зразків.
Нові алмази походять із глибини 280-470 кілометрів під поверхнею Землі. Вони стали першим підтвердженням теоретичних моделей хімії в мантії.
За словами Вайса, одне з відкриттів полягає в тому, що окислений розплавлений матеріал залягає глибше, ніж передбачалося. Кімберліти, породи, що вивергаються, з яких алмази виходять на поверхню, окислені, тому дослідники вважали, що вони не можуть утворитися на глибині значно нижчій за 300 кілометрів. Однак ці відкриття припускають, що окислені породи залягають глибше, а отже, можуть і кімберліти.
Реакції утворення алмазів, імовірно, відбуваються, коли карбонатні рідини затягуються вниз тектонічними плитами, що призводить до контакту мінералів з високим вмістом кисню і металевих сплавів мантії.
У деяких алмазах також зустрічалися окремі атоми нікелю, які заміщали вуглець у їхніх кристалічних решітках. За словами Копилової, ця обставина залишалася загадкою, оскільки нікель важчий за вуглець і не повинен легко його заміщати.
“Тепер, дивлячись на ці дані, я розумію, що це може бути просто ознакою утворення алмазів на певних глибинах”, — заявила вона.
Раніше вчені заявили про те, що глибоко в мантії Землі може ховатися схованка з квадрильйоном тонн алмазів. Разом з тим, вони знаходяться на глибині понад 160 кілометрів, що набагато глибше, ніж коли-небудь досягала будь-яка бурова експедиція.