Как образовался алмаз в природе

Тайны образования алмазов в природе

Хороший денек, дорогие ценители драгоценных камешков. Многие из вас наверное держали в руках какое-либо ювелирное изделие с вкрапленным в него алмазом. Этот минерал просто завораживает своим видом, переливаясь на свету своими бессчетными гранями. Но не достаточно кто знает, как появляется в природе алмаз, и даже у ученых нет одного представления на этот счет. В этой статье мы обсудим несколько гипотез и фактов, которые предоставляют нам ученые, относительно происхождения самых узнаваемых в мире самоцветов.

Земное происхождение алмазов

Практически все кристаллы имеют магматическое происхождение. Они появились задолго до существования человека или животных.

Некие исследовательские университеты считают, что самоцветы зародились от 100 миллионов до 2-ух с половиной млрд годов назад глубоко (около 200 км) в недрах земли. Благодаря воздействию высочайшей температуры в тыщу градусов и давления в 50 тыщ атмосфер, связи углерода стали очень плотными. На сегодня алмазные камушки одни из самых жестких материалов в мире. Каково образование минералов в магматических породах? Есть три теории:

Алмазы Документальный Фильм National Geographic 2020

• Первая заключается в образовании самоцветов из застывшей магмы, которая вырывается на поверхность земли. При контакте с углеводородом происходит образование кристаллической решетки повышенной плотности. Однако эта теория основана на том, что алмазообразование происходит именно на поверхности земли, а не в ее недрах, как считают другие ученые.
• Вторая основана на возникновении самоцветов из так называемой ультраосновной породы. После этого высвобождаемая лава из вулкана захватывает с собой камешек и выбрасывает его на поверхность земли. К этой теории склоняется множество ученых мира.
• Третья гипотеза выдвигается в поддержку возникновения минерала в процессе подъема магмы на поверхность углеводорода. Во время подъема кристаллические связи укрепляются, создавая единую твердую структуру.

Стоит отметить, что необработанные камни встречаются в местах месторождений и кимберлитовых трубках довольно часто, но при этом остаются все также востребованными и довольно дорогими. Как искать такие камушки? Если в местах месторождений нужно произвести огромное количество археологически работ, то с магматическими выбросами проще. Некоторые местные жители, которые живут в местах недалеко от вулканов, через неделю-две после выбросов идут на «охоту». В застывшей лаве нередко можно встретить маленькие неказистые комочки, разламывая которые человек находит драгоценность.

«Инопланетное» происхождение

Порой найденный в природе алмаз характеризуют как инопланетный. Это происходит потому что в обломках метеоритов находят частицы (или даже крупные камни) кристаллов отличного качества. В одном из кратеров после падения метеорита в США нашли на стенках самоцветы, но по структуре они несколько отличались от земных. Как определить, что они из метеоритов? У камушков с Земли кубическая структура кристаллической решетки, а у инопланетных гексагональная. По внешнему виду же их практически не отличишь.

Каково же их происхождение? Существует две версии образования метеоритных алмазов:

• Содержание в самом метеорите. Некоторые исследователи полагают, что кристаллы прилетели на Землю вместе с метеоритом или точнее прямо внутри него. Когда метеорит раскололся, то некоторые самоцветы оказались на поверхности почвы. Так, например, инопланетное тело, упавшее в каньон Дьявола в США, изначально был весом около тридцати тонн, но при ударе о землю раскололся на несколько частей. Там со временем и было найдено небольшое количество алмазного сырья. После обработки эти камни превратились в превосходные бриллианты, украшающие теперь ювелирные изделия.
• Образование камней во время падения. К этой гипотезе относятся не так скептически, как к предыдущей и по сути отдают предпочтение большинство специалистов. При падении астероид развивает большую скорость и соответственно трение об атмосферу. По этой причине создается высокое давление до пятидесяти тысяч паскаль и температура свыше двух тысяч градусов. Под действием этих факторов углерод трансформируется в алмазную структуру. Именно поэтому в поясе астероида находят значительное количество самоцветов. Порой кратеры после астероидов образуют огромные залежи минералов. Так произошло в Российской Федерации на границе с Якутией. Там после падения тридцать пять миллионов лет назад астероида образовался громадный кратер на сто километров, ныне известный как Попигайская астроблема. В этом место огромное количество минералов, однако они довольно маленькие, поэтому используются исключительно для промышленных целей.

На сегодняшний день большинство самоцветов ведут именно земное происхождение.

Как отличить алмаз от кварца?

Так как два этих минерала довольно похожи между собой, то возникает вопрос: как отличить алмаз от кварца? Есть несколько способов, которые можно провести даже в домашних условиях. Вот некоторые из них:

• Деформирование. Общеизвестно, что алмазные минералы имеют самую большую плотность и показатели твердости находятся в пределах 10 по шкале Мооса. Кварц же располагает всего семью единицами твердости по шкале Мооса. Хотя кварц нельзя назвать слишком хрупким, все же под действием серьезной нагрузки он начнет деформироваться. Вы можете взять две пятикопеечные монеты и поместить между ними минерал. Затем просто надавите и сделайте круговые движения пальцами. Если на поверхности остаются царапины или трещины, то перед вами кварц или другой прозрачный элемент, но никак не алмаз. После таких действий на самый твердый минерал останется в целости и сохранности без каких-либо дефектов.
• Хотя по фото камушки практически не отличить, но это можно сделать с помощью стакана с водой. Алмазный самоцвет при опускании в стакан будет оставаться прозрачным, но все же будет иметь очертания. А вот с кварцем все обстоит иначе: он просто исчезнет и перестанет быть видимым глазу. Однако такую процедуру можно проделать лишь с прозрачными самоцветами. Цветные же элементы будут видны как в первом, так и во втором случае.

• Алмазное сырье обладает отличной теплопроводностью. Возьмите кристалл и обдайте его паром или просто подышите – на нем не должно остаться конденсата. Кварц же сохранит капельки конденсата на какое-то время. Так кстати можно проверять драгоценность в ювелирном магазине, особенно когда сомневаетесь в его репутации.
• Из-за содержания в самоцвете определенных веществ, его называют «жирным». Это означает, что жидкость при попадании на его поверхность, должна сворачиваться в капельки. Поэтому капните обычной водой на кристалл, а затем тонким предметом, например, иголкой, попытайтесь проткнуть каплю. Если она растечется по поверхности, то это кварц, а если останется в том же состоянии, то драгоценный камушек.
• Преломление света. Возьмите обычный лист бумаги с написанным на нем текстом. Если сквозь камень вы сможете различить буквы и прочитать их, то перед вами обычная стекляшка. Сам драгоценный минерал преломляет свет настолько сильно, что прочитать что-либо на листе бумаги просто не представляется возможным.

В любом случае всегда старайтесь удостоверяться в подлинности драгоценного камня. Это позволит вам избежать обмана при покупке драгоценного украшения. Также вы сможете частично проверить качество самого минерала без привлечения специалистов.

Надеемся эта статья о происхождении драгоценных камней вам понравилась и была полезной и познавательной. Добавляйте ее в свои соцсети, чтобы и другие смогли получить достоверную информацию об алмазах.

Источник

Как образуются алмазы

Вопреки распространённым заблуждениям алмазы в природе находятся вовсе не по всей поверхностью земной коры. Углерод — неметалл, являющийся основой этого минерала, становится алмазом только при воздействии крайне высоких температур и давления на глубине от 160 до 480 км. «Колыбелью» подавляющего количества кристаллов являются вулканы, именно благодаря им алмазы оказываются ближе к поверхности, поэтому разработка карьеров ведётся в районах с повышенной вулканической активностью. Часть минералов просто вымывается из кимберлитовых трубок.

Алмазы земного происхождения

Происхождение алмазов до сих пор неясно, на этот счёт до сих пор ведутся многочисленные споры. Точно удалось определить только одно — место и время их образования. Большая часть учёных соглашается с тем, что алмазы возникли в мантии нашей планеты в период 100 млн. — 2,5 млрд. лет тому назад. Углерод на глубине 200 км под воздействием температур 1300 °С и при давлении в 4-5 ГПа постепенно сформировал алмазную кристаллическую решётку. Известны случаи образования алмазных залежей на глубине 700 км.

Самые популярные теории, по которым алмазы образуются в вулканических породах:

1. Углерод попал в застывающую магму в составе углеводородов, так возникли алмазы в верхних слоях коры нашей планеты.
2. Неметалл кристаллизовался очень глубоко — на глубине уже ультраосновных пород, после чего залежи были увлечены потоками магмы наверх.
3. Последняя теория наиболее популярная. Основная часть кристаллов возникла в ультраосновной породе, а некоторые алмазы возникли уже в процессе подъёма этой породы к поверхности коры.

Настоящий алмаз — неметалл, который на самом деле не так уж и редок. Причина его дороговизны в том, что человечеству доступно лишь малое число месторождений, в то время как основные залежи находятся слишком глубоко под землёй.

Алмазы метеоритного происхождения

Можно было бы подумать, что драгоценные камни буквально прилетели на Землю из космоса, но это не так — в найденных металлических и каменных метеоритах обнаружены лишь крохотные вкрапления драгоценных кристаллов. Подавляющее большинство минералов метеоритного происхождения было образовано в следствие удара метеоритов о земную твердь.

Впервые алмазы именно в метеоритах были найдены русскими учёными в далёком 1888 году в Мордовии. М.В. Ерофеев и П.А. Лачинов занимались в то время изучением относительно небольшого метеорита под названием Новый Урей.

В железном же метеориты минералы были найдены чуть позже и на другом конце света — в 1891 году в США, в штате Аризона. Гигантский метеорит весом в 30 тонн рухнул на землю, где ныне располагается штат, около 40 тыс. лет тому назад.

Происхождение алмазов в космосе до сих пор остаётся загадкой, на этот счёт есть несколько гипотез. Пока что человечеству не удалось найти и точно определить алмазные астероиды или планеты. Большинство учёных склоняются к тому, что кристаллы образуются при столкновении небесных тел друг с другом.

Алмазосодержащие породы, возникшие при столкновении метеорита с поверхностью земли, называются импактитами. Углерод при ударе подвергается воздействию температуры свыше 2000 °С, а давление в момент удара достигает десятков ГПа. Таких условий более чем достаточно, чтобы этот неметалл преобразовался в алмазные кристаллы.

Импактные алмазы образуют огромные залежи, но их добыча не ведётся в промышленных масштабах, поскольку такие камни слишком малы.
Абсолютно все добываемые в мире алмазы появились в пределах Земли.

Алмазы в космосе

Несмотря на то, что алмазных планет так и не было обнаружено, в космосе существует гигантский алмаз 4000 км в поперечнике. Его вес исчисляется триллионами триллионов карат. Этот неисчислимо огромный кристалл находится аккурат над Австралией и является ядром звезды Люси, до которой от Земли 50 световых лет. Эта звезда является белым карликом (астрономы дали ему имя BPM 37093) в созвездии Кентавра. Определить состав звезды смогли учёные из Гарвард-Смитсонского центра в 2004 году.

Алмазы искусственного происхождения

Бриллианты невероятно популярны в виде украшений, но минералу со временем нашли и другое применение благодаря его чрезвычайной твёрдости. И, поскольку настоящий минерал в природе встречается не так уж часто (в доступных месторождениях), а то, что есть, стоит чересчур дорого, пришлось придумать, как создать алмазы искусственным путём с меньшими финансовыми затратами.

Практически эту идею удалось осуществить только в ХХ веке. Несмотря на то, что ещё два века назад уже было доказано, что алмазные кристаллы не что иное, как углерод, в то время ещё не существовало достаточно развитых технологий. Тот факт, что минерал образовался из графита под влиянием высоких температур и давлений стал известен человечеству сравнительно недавно. Синтетический алмаз был успешно получен несколько десятилетий назад, благодаря чему сейчас активно используется в производстве, например, промышленных инструментов.

Каким же образом нужно воздействовать на углерод, чтобы вырастить настоящий алмазный кристалл? В наши дни для этих целей успешно применяются самые разные технологии. В первом варианте неметалл заключается в карбид-танталовую камеру и подвергается воздействию высокого давления под специальным прессом. Вода, подаваемая в гидравлический пресс, создаёт давление около 2 000 атмосфер или 2 ГПа, но на этом процесс преобразования углерода в алмаз не заканчивается. Следом на десятые доли секунды подаётся электрический ток, резко нагревающий графит — неметалл на основе углерода, из которого в итоге и получают драгоценный минерал. Далее остаётся только слить воду и остудить пресс. Чтобы вырастить искусственные минералы нужно значительно больше времени, которое требуется, чтобы в земной коре возник настоящий алмаз.

Такой способ получения синтетических кристаллов самый надёжный, но, в то же время, самый дорогостоящий. Драгоценные камни можно получить и более дешёвыми путями — подвергнуть неметалл воздействию взрыва или вырастить кристалл в метановой среде. В первом случае камни получаются слишком мелкими, а вот метановый способ позволяет получить камни любых размеров.

К слову сказать, вовсе не обязательно воздействовать на углерод температурами выше 2 тыс. градусов по Цельсию. Её можно снизить, используя металлы катализаторы — железо, платину или никель. Кристаллы получаются не менее качественными.

Искусственные кристаллы используют при изготовлении ножей, буров, шлифовальных дисков и т. д. Камни используются и при изготовлении микросхем.

В 2005 году выяснилось, что углерод может образовать соединение ещё более твёрдое, чем алмаз. Неметалл получил название ACNR и был искусственно получен немецкими учёными путём нагревания сверхсильных молекул углерода до температуры 2226 °С и их сжатия. Вещество вышло настолько твёрдым, что легко царапает алмазы.

Источник

ОТКУДА ПОЯВИЛИСЬ АЛМАЗЫ

Образование алмазов связано с происхождением нашей планеты. Ведь эти камни формируются глубоко в недрах Земли в течение миллионов лет. Для формирования алмаза необходимы сильное давление и другие геоморфические условия. Бриллианты проделывают удивительно долгий путь, прежде чем оказаться в ювелирных изделиях Shimansky.

ОТКУДА ПОЯВИЛИСЬ АЛМАЗЫ

Алмазы, древнейшее сокровище в мире, образовались более 3,3 миллиарда лет назад на глубине 200 километров под землей.

Расплавленный кимберлит формируется в верхней мантии Земли. Под влиянием экстремально высокой температуры и давления он быстро расширяется. В результате магма извергается, выплескиваясь на поверхность Земли и увлекая за собой алмазосодержащую породу. Перемещаясь с невероятной быстротой, изверженная магма образует трубку, ведущую к земной поверхности. При охлаждении магма застывает, образуя породу под названием «кимберлит». Эта порода заполняет вертикальные образования, которые называют «кимберлитовыми трубками».

«Кимберлит» назван в честь южноафриканского города Кимберли, где в такой породе впервые были обнаружены алмазы. Хотя кимберлитовые трубки считаются наиболее важным источником алмазов, камни ювелирного качества встречаются лишь в одной из каждых двухсот таких трубок. Чтобы получить бриллиант ювелирного качества массой один карат, необходимо переработать в среднем 250 тонн руды.

Алмаз, самый прочный из известных материалов, состоит исключительно из углерода. В природе углерод имеется в изобилии и в различном виде. Разница между алмазом и куском угля заключается в их молекулярной структуре. Структура угля аморфна, с органическими молекулами разложившегося материала растительного и животного происхождения.

А у алмазов структура кристаллическая, напоминающая пирамиду. При образовании алмаза каждый из его атомов углерода вступает в связь с четырьмя другими атомами углерода. Фактически, каждый атом участвует в четырех очень крепких ковалентных связях. Поэтому алмаз в 58 раз прочнее любого другого материала, существующего в природе.

Считается, что первые алмазы были обнаружены в индийских реках еще в IV веке до нашей эры. Но лишь в 1867 году алмазы были найдены в Кимберли (Южная Африка). Сегодня ЮАР — одна из главных алмазодобывающих стран.

Эксперты Shimansky могут определить потенциал алмаза еще до огранки. Чтобы превратить камень в сверкающее, многогранное средоточие света, нашим гранильщикам и шлифовщикам требуются исключительная точность, мастерство и скрупулезность. Путь самого драгоценного камня на планете из земных недр до пальца человека, которому он предназначен, не только удивителен, но и чудесен.

СЛЕДУЮЩАЯ ТЕМА: ИСТОРИЯ АЛМАЗОВ

Источник

Образование алмазов

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

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.

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.

Источник