Надежда Юшкина
Алмазы: Искусство, Наука и Инновации. Том 2
Глава 1: Жизнь алмазов в недрах
Алмазы начинают свой путь в недрах Земли, где природные процессы создают их удивительную красоту и уникальные свойства. В этой главе мы рассмотрим исследование процессов, которые лежат в основе образования алмазов и их путешествия к поверхности.
Образование алмазов связано с высокими давлениями и температурами, которые преобладают в недрах Земли. Основное месторождение алмазов – это глубокие области мантии Земли, на глубинах от 140 до 190 километров ниже поверхности. Уровень давления составляет миллионы паскалей, а температуры могут достигать около 1,300 градусов Цельсия. Такое давление и температура способствуют тому, что углерод, основной составляющий алмазов, претерпевает фазовый переход и кристаллизуется в форме кристаллов алмазов. Вместо того чтобы оставаться в виде графита, углеродные атомы начинают соединяться в кристаллическую решетку, образуя кристалл алмаза. Этот процесс, называется кристаллизацией. Алмаз кристаллизуется в кубической системе, отвечающей самой плотной упаковке атомов и содержащей всего 18 атомов углерода. В кристаллической решётке алмаза каждый атом связан с четырьмя ближайшими соседними атомами, расположенными в вершинах правильного тетраэдра. Кристаллы растут очень медленно, приобретая свою характерную форму. Интересный момент в жизни алмазов – это их взаимодействие с другими минералами и элементами в процессе образования. Во время своего роста алмазы могут включать в себя различные элементы и минералы, такие как азот, бор, и железо. Эти включения могут придавать алмазам разнообразные цвета и свойства, делая их еще более уникальными.
Но как алмазы покидают недра Земли и попадают на поверхность? Ответ на этот вопрос связан с процессами, происходящими внутри Земли. Вулканические извержения приносят с собой материалы, включая алмазы, из мантии на поверхность. Потоки расплавленной лавы и материалов, включая алмазы, которые образуют "кимберлитовые трубки". Эти трубки могут быть заметными на поверхности и становятся местами добычи алмазов. Кимберлитовые трубки образуются в результате магматических процессов, которые происходят на глубине: на границе земной коры и мантии. Они представляют собой вертикальные или почти вертикальные цилиндрические структуры, содержащие кристаллы и минералы, включая алмазы. Образование кимберлитовых трубок начинается с магматической активности в мантии Земли. В этой области существует магма, богатая углеродом и другими элементами, необходимыми для образования алмазов. Под воздействием давления и температуры магма начинает медленно подниматься к поверхности Земли. Этот процесс может занять миллионы лет. По мере поднятия магмы к поверхности, она охлаждается и кристаллизуется. Внутри магмы начинают образовываться кристаллы различных минералов, включая алмазы. Когда магма достигает близкой к поверхности глубины, она может столкнуться с каким-либо барьером, который препятствует ей продвигаться вверх. Это может быть породой, более холодной мантией или другими факторами. В ответ на это магма начинает расширяться, создавая вертикальную кимберлитовую трубку. Когда магма прорвется через верхние слои земной коры, происходит извержение, и материалы изнутри земли выбрасываются на поверхность. Это может произойти в результате вулканических извержений. Важно отметить, что не все кимберлитовые трубки достигают поверхности, многие из них остаются невидимыми, а также по мере разрушения кимберлитов алмазы можно встретить в осадочных породах. Кимберлитовые трубки представляют огромное значение для добычи алмазов, так как именно в них чаще всего находятся алмазы.
После того как алмазы попадают на поверхность, начинается следующий этап их жизни – добыча. Алмазы могут быть добыты как в крупных горнодобывающих предприятиях, так и в маленьких шахтах. Этот процесс требует осторожности и технической оснащенности.
К началу 21 века было известно около 6 000 кимберлитовых трубок, из которых примерно 600 были разведаны и добыча алмазов проводилась на коммерческой основе. Эти трубки были обнаружены в различных регионах мира, включая Африку, Северную Америку, Россию и другие.
Тем не менее, многие кимберлитовые трубки остаются неизученными и неоткрытыми, особенно в удаленных и труднодоступных районах. Это означает, что существует потенциал для обнаружения новых кимберлитовых трубок в будущем.
Ученые и геологи продолжают исследовать различные регионы в поисках новых кимберлитовых трубок, и оценка их общего количества постоянно меняется по мере появления новых данных и открытий.
Средняя плотность алмазов в кимберлитовых месторождениях колеблется от нескольких каратов на тонну до долей карата на тонну. Например, в некоторых крупных кимберлитовых месторождениях в Африке (например, в месторождении "Куллинан" в Южной Африке) плотность может достигать 0,3-0,4 карата на тонну. Однако в меньших месторождениях эта плотность может быть намного ниже.
После добычи алмазы проходят через сложные процессы очистки и классификации. Затем они могут быть использованы в различных сферах, включая ювелирное искусство, промышленность, электронику и различные новейшие научные исследования.
Углерод – один из самых распространенных элементов во вселенной, и он может существовать в разных формах, включая графит, алмазы и аморфный углерод. Несмотря на то что оба эти вещества состоят из углерода, их структуры абсолютно различны. Уникальная кристаллическая структура алмазов состоит из углеродных атомов, связанных в трехмерную решетку. Основной источник углерода для алмазов – мантия Земли, богатая углеродом, включая остатки органических материалов, унесенных вглубь Земли в результате погребения. Эти органические остатки претерпевают процесс карбонизации и превращаются в кристаллический углерод. Экстремальные условия способствуют образованию кристаллической решетки алмазов таким образом, что каждый углеродный атом образует четыре ковалентных связи с соседними атомами, образуя жесткую и прочную структуру. Это придает алмазам их уникальные характеристики твердости и блеска, а также делает их прозрачными.
Глава 2: Включения в алмазах
Понимание характера включений в алмазах и их наличие может очень много рассказать как о месторождении кристалла так и о его условиях образования.
Алмазы прозрачны, но как и любой природный минерал очень часто имеют включения в своем составе, которые предоставляют возможность заглянуть в процесс формирования и проследить геологические условия.
Типы включений в алмазах
Существует несколько типов включений, которые могут обнаруживаться в алмазах:
●
Минеральные включения: это включения, состоящие из микроскопических кристаллов других минералов. Они могут включать в себя пироп, оливин, гранат и другие минералы. Эти включения помогают определить условия окружающей среды во время формирования алмаза.
●
Газовые включения: газовые включения могут содержать газы, такие как метан, азот или водяные пары. Их анализ может предоставить информацию о химическом составе окружающей среды на глубине образования алмаза.
●
Жидкие включения: жидкие включения могут содержать воду или жидкости, богатые солями и минералами. Их наличие может указывать на наличие водных растворов в недрах Земли на момент формирования алмаза.
Включения в алмазах – это частицы посторонних материалов, попавшие в кристаллическую структуру алмазов во время их формирования. Эти включения представляют собой своеобразные временные капсулы, содержащие информацию о геологических процессах и условиях, которые существовали на глубине Земли во времена их образования миллионы лет назад.
Включения в алмазах бывают разных типов, и их характеристики могут варьироваться. Например, некоторые включения могут включать в себя миниатюрные кристаллы других минералов, такие как оливин, пироп и другие, что указывает на нестабильные условия окружающей среды во время образования алмаза.
Химические элементы также могут встречаться в кристаллической структуре алмазов и они инкорпорируются в их решетку. Одним из наиболее известных примеров является алмаз с примесями азота, который придает алмазам разнообразные цвета, включая желтый и оранжевый. Этот процесс называется азотным окрашиванием и происходит, когда азотные атомы замещают часть углерода в кристаллической структуре алмаза.
Изучение включений и химических элементов в алмазах имеет большое значение для науки и геологии. Оно позволяет ученым лучше понимать геологические процессы и условия, которые существовали в недрах Земли на разных этапах ее истории. Кроме того, анализ включений и химических элементов может помочь определить происхождение алмазов и их возраст.
Существует определенное разнообразие минералов и пород, которые называют спутниками алмазов, это те породы и минералы, которые встречаются рядом или непосредственно в месторождении алмазов и помогают идентифицировать эти места. Минерал-спутник может влиять на цвет, прозрачность, форму и другие свойства алмаза. Кроме того, он может использоваться для оценки возраста и места образования алмаза.
●
Один из таких минералов – эклогит. Эклогит- метаморфическая горная порода, главными составляющими которой является клинопироксен и гранат ( пироп, альмандин или спессартин). Имеет зеленый цвет, который обусловлен наличием хрома. Эклогит играет важную роль в добыче алмазов, поскольку это зеленый минерал, который является спутником месторождения алмазов. Геологи ищут эклогит, чтобы найти месторождения алмазов и наоборот. Также его используют в научных исследованиях. Изучая эклогит, ученые узнают больше о месторождениях алмазов и о процессах, происходящих в мантии Земли. Благодаря эклогиту ученые могут более глубоко изучать процессы формирования алмазов и свойства мантии Земли.
Существует множество минералов-спутников алмаза, таких как оливин, призматический пироксен, корунд, дистен и другие. Однако, самым распространенным минералом-спутником является гранат. Гранаты имеют различные цвета и свойства, и могут встречаться вместе с алмазом в разных видах геологических формаций.
●
Гранат может влиять на свойства и характеристики алмаза. Например, гранат может изменять цвет алмаза, делая его более темным или более светлым. Кроме того, свойства граната могут влиять на форму и размеры алмаза, а также на его прозрачность. Иногда гранат даже может остаться внутри алмаза в виде включений. Однако, гранат также может использоваться для оценки возраста и места образования алмаза. Это связано с тем, что гранаты обычно формируются вместе с алмазом в глубоких земных слоях и требуют для своего образования особенных условий. Поэтому, если ученые могут определить возраст и место образования граната, они могут также узнать о происхождении и характеристиках алмаза, с которым он был найден. Пироп – это самый распространенный минерал-спутник алмазов, встречается в кимберлитовых трубках и имеет форму октаэдра и содержит магний и алюминий. Как правило, пироп – это прозрачный камень, имеющий внутренние включения разных цветов. Самый ценный камень – это красный пироп, который не имеет внутренних включений, а также тот, который имеет насыщенный цвет. Также красный пироп используется в ювелирных изделиях, как драгоценный камень и ювелирная вставка.
Помимо пиропа наиболее часто встречаются следующие разновидности гранатов в виде включений в алмазах:
●
Альмандин – гранаты обычно имеют красный или красно-коричневый цвет и часто встречаются в виде включений в алмазах. Они состоят из железа и алюминия.
●
Гроссуляры могут иметь разнообразные цвета, включая зеленый, желтый, коричневый и красный. Их включения в алмазах придают кристаллам сероватый и коричневатый оттенок.
●
Спессартины обычно имеют оранжевый или красный цвет. Их включения могут придавать алмазам соответствующий цветовой оттенок и очень высоко ценятся коллекционерами, так как ограненный бриллиант с включением кристалла спессартина-большая редкость.
●
Гранаты андрадиты встречаются реже и могут иметь темно-коричневый или зеленый, желтый цвет.
●
Включения оливина (также известного как перидот) в алмазах представляют собой маленькие кристаллические образования оливина, инклюдированные внутри кристаллической решетки алмаза. Оливин – это минерал, который обычно имеет желтовато-зеленый цвет, и он может быть инклюдирован в алмазы разных форм и размеров. Включения оливина в алмазах могут предоставить информацию о геологических условиях, в которых образовался алмаз. Оливин часто ассоциируется с магматическими породами и может указывать на присутствие магматических процессов в глубинах Земли во время формирования алмаза. Оливин также может давать представление о химической среде и условиях, в которых рос и развивался алмаз. Цвет оливина может варьироваться от желтого до зеленого, и они могут создавать интересные и красочные эффекты внутри алмаза. Например, зеленые включения оливина в бесцветном алмазе могут создавать эффект "зеленой звезды" или "зеленого глаза", что делает алмаз еще более привлекательным. Как и другие включения в алмазах, наличие оливиновых включений может влиять на ценность камня. В некоторых случаях они могут добавлять уникальность и характер алмазу, делая его более ценным для коллекционеров. В других случаях, большие и многочисленные включения могут снижать ценность алмаза как драгоценного камня.
