6 декабря 2023, 12:00

Геологи экспериментально воспроизвели совместную кристаллизацию алмаза и граната

Гранат — не только красивый драгоценный камень, но и распространенный минерал в мантии Земли, который часто встречается совместно с алмазом и является его постоянным спутником. Так, темно-красный гранат — пироп — на протяжении многих десятилетий используется как поисковый признак алмазных месторождений. Исследования показали, что в алмазообразовании важную роль играют расплавы и флюиды — жидкие компоненты земной мантии, — содержащие углекислоту, поскольку она служит источником углерода, из которого, собственно, состоит этот минерал. Однако до сих пор экспериментально процесс образования алмазов при взаимодействии углекислых флюидов и кристаллов граната не исследован, что ограничивает наши знания о том, как в природе формируются драгоценные камни.

Ученые из Института геологии и минералогии имени В. С. Соболева СО РАН (Новосибирск) детально исследовали преобразования, которые происходят с гранатом при взаимодействии с углекислым и водно-углекислым флюидами в присутствии углерода. Авторы смоделировали условия мантии Земли с помощью аппарата высокого давления типа «разрезная сфера». Он позволил создать давление, которое в природе создается на глубинах порядка 200 километров (примерно в шестьдесят пять тысяч раз выше атмосферного) и достичь температур в диапазоне 950–1550°C. В установку поместили образцы граната, затравочные кристаллы алмаза размером 0,5 миллиметра, графит, а также оксалат серебра или щавелевую кислоту — соединения, которые в лабораторных условиях служат источниками углекислого и водно-углекислого флюидов. Спустя четыре дня эксперимента исследователи проанализировали структуру и химический состав полученных минералов.

Оказалось, что под действием флюида химический состав поверхностных слоев граната заметно изменился: в них снизилось содержание оксидов магния и кальция и появились включения углекислого флюида, карбонатов и карбонатно-силикатных расплавов, а также графита. Кроме того, под действием высокого давления и температуры атомы углерода, находящиеся во флюиде в растворенном виде, формировали наросший слой на затравочных кристаллах алмазов. Расчеты показали, что алмазы, сосуществующие с гранатом, росли из флюида со скоростью от 0,013 до 0,8 микрометров в час в зависимости от температуры. Иными словами, в природе рост кристалла алмаза массой один карат (0,2 грамма) занял бы от 4,5 месяцев при температуре 1550°С до 17,5 лет при 1150°С, а на кристаллизацию самого большого в мире алмаза «Куллинан» (3106,75 карат или 621 грамм), потребовалось бы от 56 до 3000 лет.

«Полученные результаты позволяют лучше понять условия, в которых формируются алмазосодержащие породы, и возможную роль граната в процессах кристаллизации алмаза. Также наши данные могут использоваться при построении современных моделей природного алмазообразования. В дальнейшем мы планируем проводить исследования, направленные на выявление связи между условиями роста алмаза и его свойствами, чтобы эти закономерности можно было использовать для реконструкции генезиса алмаза в природе», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса Института геологии и минералогии имени В. С. Соболева СО РАН Юрий Пальянов.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журналах Lithos и «Геология и геофизика».

Источник:  Пресс-служба РНФ

Публикации из новости

Читайте также

Выращены микроалмазы с оловом для квантовых компьютеров
Ученые впервые в мире вырастили в микроволновой плазме алмазы с примесью олова размером в несколько микрометров. Такие кристаллы способны поглощать и переизлучать видимый свет, что потенциально можно использовать для передачи информации между элементами квантовых компьютеров.
Кристаллохимия
Микроскопия
Синтез
7 января 2024
Определено, как повреждаются алмазы при нанесении лазерного QR-кода
Ученые определили механизм повреждения кристаллической решетки алмаза, лежащий в основе технологии нанесения уникальных меток на драгоценные камни с помощью лазера. Такие метки, подобно QR-коду, позволяют опознать каждый отдельный драгоценный камень и избежать подделок, но пока не используются массово. Знание механизма повреждения алмаза позволит доработать устройства для промышленного применения технологии.
Атомная физика
Кристаллография
Лазерная физика
31 декабря 2023
Микробы в вечной мерзлоте могут помешать резкому потеплению климата
Ученые выяснили, что высокое разнообразие микроорганизмов, населяющих зону вечной мерзлоты, может значительно снизить скорость потепления атмосферы у поверхности Земли. По мере таяния многолетнемерзлых грунтов микробы начинают выделять метан и, если видов бактерий мало, в определенный момент произойдет массовый выброс этого парникового газа. Высокое же видовое богатство приведет к меньшему — в масштабе нескольких градусов — нагреву воздуха планеты.
Геология
Математическое моделирование
Микробиология
13 декабря 2023
Древние воды Антарктиды образовали контуритовые дрифты в Центральной Атлантике
Ученые открыли осадочную систему редкого типа в разломе Вима в Центральной Атлантике и описали механизм ее формирования. Авторы показали, что течения донной воды из Антарктики тысячелетиями формировали в долине разлома каналы и намывали осадочные валы. Это наблюдение поможет понять, каким был океан сотни тысяч и миллионы лет назад и как циркулировали его воды, а также прогнозировать изменения, которые могут произойти в будущем.
Геология
Гидрогеология
Океанология
18 октября 2023
Новый геометрический метод позволит детальнее исследовать структуру кристаллов
Ученые разработали метод для наглядного анализа сложных кристаллических структур. Он заключается в том, чтобы представлять молекулы в виде многогранников — полиэдров, — по площадям граней которых можно количественно оценивать связи между атомами. Точные данные о строении кристаллов будут полезны для создания материалов с управляемыми свойствами, которые используются, в частности, для легких органических устройств. Например, уже сегодня предложены сенсоры движения воздуха, созданные на основе молекулярных кристаллов.
Кристаллография
Математика
Математическое моделирование
14 октября 2023
Разработан кристаллический материал, меняющий свою структуру при освещении
Исследователи из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН создали слоистый материал, структурой которого можно управлять с помощью света. Новый материал состоит из ультратонких положительно заряженных слоев гидроксида иттрия и встроенных между ними анионов – кислотных остатков коричной кислоты (циннамат-анионов). При облучении ультрафиолетовым светом форма и размер анионов изменяются, что приводит к сжатию структуры гибридного соединения.
Кристаллохимия
Органическая химия
Органические материалы
5 октября 2023