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.
