CC BY
19ПНЯ Л
О ПРОИСХОЖДЕНИИ АЛМАЗОВ
В. С. Шкодзинский DOI: 10.24412/1728-516Х-2023-1-92-95
Владимир Степанович Шкодзинский,
доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН, г. Якутск
Яркий блеск и исключительная твёрдость алмазов с древнейших времен привлекали к ним внимание (рис. 1). Их использовали в качестве дорогих украшений. Крупные алмазы передавали из поколения в поколение по наследству, дарили и похищали, из-за них возникали убийства и даже войны. В настоящее время алмазы широко применяются в промышленности благодаря их уникальным физическим свойствам. Существуют мощные промышленные предприятия по их добыче и обработке. Однако до сих пор происхождение этого минерала во многом непонятно. Обычно предполагается, что он кристаллизуется в мантии Земли при высоком давлении на глубине около 150 километров при темпера-
туре более тысячи градусов и захватывается кимберлитовыми магмами при подъёме через мантию. Однако при таком происхождении непонятно отсутствие алмазов в породах очень глубинных (тысячи километров) мантийных плюмов (потоков всплывающего разогретого вещества), крайне низкое их содержание даже в самых богатых кимберлитах (менее грамма на тонну) и многие особенности распространения и состава. Полученные в последние десятилетия многочисленные доказательства горячего образования Земли позволяют объяснить генезис и все особенности этого минерала [1].
По новейшим данным, при аккреции Земли в результате огромного импактного тепловыделения возник
Рис. 1. Алмазы.
bipbar.ru/picture/kartinki-almaz
слоистый глобальный магматический океан глубиной до 250 км. Его кристаллизация обусловила формирование литосферы древних платформ (устойчивых участков земной коры). Затвердевание и дифференциация верхнего, богатого кремнекислотой слоя этого глобального океана, привели к образованию самых древних ранне-докембрийских кристаллических комплексов и континентальной кислой коры. Кристаллизация же самого нижнего, богатого магнием перидотитового слоя, сопровождалась возрастанием содержания свободного (не связанного) углерода в остаточном расплаве, поскольку этот компонент не входил в состав формировавшихся породообразующих минералов, а содержание расплава при кристаллизации уменьшалось. Вследствие огромного давления (более 30 кбар), накапливавшийся углерод формировал алмазы. Незначительное содержание свободного углерода обусловило кристаллизацию относительно небольшого количества алмазов.
Судя по имеющимся экспериментальным данным, последние остаточные расплавы перидотитового слоя при давлении более 25 кб имели состав кимберлитов. Это объясняет происхождение кимберлитовых магм и содержание в них алмазов. Придонный перидотитовый слой магматического океана был неоднородным по составу. Богатые магнием части были наиболее тугоплавкими, поэтому при затвердевании они сформировали наиболее жёсткие части литосферы - кратоны. Вследствие существования прямой корреляции в магматических породах количества углерода с магнием, тугоплавкие их разности содержали относительно повышенное количество свободного углерода, поэтому в них формировались наиболее богатые алмазами кимберлитовые остаточные расплавы. Это объясняет неравномерное распределение алмазоносных кимберлитов на древних платформах и наиболее высокую их алмазоносность на кратонах. Повышенная плотность пород кратонов обусловила часто более низкое положение их поверхности и образование на них осадочного чехла, поэтому его наличие является положительным признаком возможного присутствия алмазоносных кимберлитов. Из более кремнекислотных пород литосферы, расположенных между кратонами, возникали слабоалмазоносные кимберлиты, лампроиты и карбонатитсодержащие щелоч-но-ультраосновные комплексы. Разобщённость полей алмазоносных кимберлитов и щёлочно-ультраосновных комплексов на древних платформах свидетельствует, что в основании литосферы исходные породы этих полей в плане также были разобщены и не залегали друг над другом. Это объясняет обычно отсутствие высокоалмазоносных кимберлитов в полях распространения щёлочно-ультраосновных комплексов.
Во всплывавших из нижней мантии плюмах, сформировавших огромные объёмы (до миллионов кубических километров) траппов, резкое снижение давления при подъёме их магм сопровождалось процессами де-компрессионного плавления. Это приводило к снижению концентрации углерода в расплаве, поэтому алмазы в траппах не возникали, несмотря на очень большую глубинность их магм, выносящих крупные (до десятков
тонн) блоки никелистого железа, являющиеся обломками земного ядра [1]. В редких случаях замедлений подъёма некоторых частей плюмов, расплавы в них начинали остывать и кристаллизоваться. Это приводило к началу образования алмазов. Но длительность этих процессов (видимо, тысячи лет) была несопоставимо меньшей, чем около двух миллиардов лет в кристаллизовавшемся магматическом океане. Это объясняет изредка присутствие алмазов в возникавших в плюмах небольших объёмах щелочных базитов и очень небольшой размер их кристаллов (доли миллиметра).
Перидотитовые расплавы имеют очень низкую вязкость - порядка первых пуаз. Это обусловило большую скорость диффузии в них углерода. Вследствие этого при кристаллизации алмазов атомы углерода успевали достигать торцов слоёв роста кристаллов и присоединялись к ним, поскольку здесь обнажалось максимальное количество свободных ковалентных связей углерода. Это приводило к послойному росту идеальных ламинарных октаэдрических алмазов. Судя по изотопному возрасту включений в алмазах, их октаэдрические разности образовались, прежде всего, раньше примерно одного миллиарда лет назад. Вследствие отсутствия ещё радиального роста, грани октаэдров обычно не имеют скульптур и являются зеркально гладкими.
По мере остывания и кристаллизации, в расплаве увеличивались содержание кремния, алюминия, титана и других многовалентных элементов. Это приводило к увеличению вязкости остаточных расплавов в тысячи раз. Вследствие резкого снижения при этом скорости диффузии и возрастания степени пересыщения, атомы углерода кратчайшим путём присоединялись к кристаллам, и тангенцильный послойный рост алмазов сменялся радиальным. Это вызывало образование сначала кристаллов переходной морфологии, а затем ромбододекаэдрических, кубических и многочисленных скульптур на них.
Такое происхождение главных морфологических разновидностей алмазов подтверждается установленной обратной корреляцией доли октаэдров среди алмазов с содержанием кремнекислоты в кимберлитах и прямой корреляцией её с долей ромбододекаэдров и кубов (рис. 2). Увеличение степени пересыщения углеродом приводило к быстрому образованию новых центров кристаллизации, уменьшению площади формирующихся слоёв роста на гранях кристаллов и образованию округлых алмазов. Последние, таким образом, возникали путём антискелетного роста, а не в результате растворения, как обычно предполагается. Это подтверждается в среднем значительно большим размером округлых кристаллов по сравнению с плоскогранными и существованием прямой корреляции их доли с содержанием кремнекислоты в кимберлитах (рис. 3). Богатые кремнекислотой перидотиты располагались в литосфере в среднем выше, чем бедные. Это приводило к более раннему началу их остывания, более длительному формированию типичных для них округлых алмазов, что объясняет в десятки раз большую крупность округлых алмазов по сравнению с плоскогранными. Накопление
О 40 80
содержание разновидностей, %
1
о 2
+ 3
Рис. 2. Обратная корреляция доли октаэдрических (1), и прямая корреляция доли ромбододекаэдрических (2) и кубических (3) алмазов с содержанием кремнекислоты в кимберлитах. Построен по данным [2]
гигантов массой в сотни грамм (до 1600 г в самом крупном алмазе, найденном недавно в Африке). Их раннее образование подтверждается почти всегда октаэдри-ческой огранкой алмазов-гигантов (в 297 кристаллах из 300 изученных) [1].
Глобальное распространение магматического океана обусловило присутствие алмазоносных кимберлитов на всех изученных древних платформах. Очень низкое содержание остаточного расплава (десятые доли процента) в основании литосферы в период достижения им кимберлитового состава объясняет, казалось бы, удивительный, очень небольшой объём тел кимберлитов (меньше одного кубического километра) во всех кимберлитовых полях, несмотря на многочисленность этих тел. Связанное с выкипанием летучих компонентов декомпрессионное затвердевание кимберлитовых магм на малоглубинных стадиях подъёма [1] является причиной обычно отсутствия излившихся на земную поверхность кимберлитовых лав и процессов гравитационной отсадки алмазов, граната и других высокоплотных минералов в кимберлитовых трубках. Консервация очень высокого давления выделившихся газов процессами декомпрессионного затвердевания расплавов привела к эксплозивной дезинтеграции верхних частей кимберлитовых магматических колонн и вмещающих пород и к образованию кимберлитовых трубок.
В содержащих округлые алмазы богатых кремне-кислотой близких к лампроитам магмах обычно присутствовало пониженное количество углекислоты по сравнению с кимберлитовыми магмами. Вследствие этого и в связи с меньшей её растворимостью в расплавах, бедные углекислотой магмы вскипали при подъёме, декомпрессионно затвердевали и взрывались на значительно меньшей глубине, чем богатые ею кимбер-литовые магмы. Это привело к отсутствию или к очень небольшому размеру эксплозивных диатрем, возникавших в бедных углекислотой магмах, к рассеиванию их материала и алмазов при взрыве на большой площади и объясняет образование протяжённого (более 500 км) тонкого (менее 0,5 м) слоя алмазносных туффизитов на севере Сибирской платформы [3]. Быстрый перемыв на земной поверхности возникших алмазоносных
40% округлые
Рис. 3. Прямая корреляция доли округлых алмазов с содержанием кремнекислоты в кимберлитах
в остаточных расплавах расплавофильных элементов является причиной в тысячи раз более высокого содержания примесей, особенно азота, в поздних кристаллах по сравнению с ранними. Присутствие примесей привело к возникновению цветных алмазов (рис. 4).
На ранних этапах эволюции Земли её верхняя часть имела ещё высокую температуру, поэтому остывание и кристаллизация придонного перидотитового слоя магматического океана сначала происходили очень медленно и длительно. Это привело к образованию изредка встречающихся в кимберлитах алмазов-
Рис. 4. Цветные бриллианты.
klikl.net/2370-kartinki-almazy-40foto.html
туфов привёл к образованию богатых округлыми алмазами россыпей в Африке, Вишерском Урале, на севере Сибирской платформы и в других регионах. Сильное рассеивание кимберлитового материала при взрыве объясняет безуспешность во всём мире многочисленных попыток найти гипотетические коренные источники россыпей с крупными округлыми алмазами путём отбора многих тысячетонных проб из кимберлитовых трубок. Своевременное выяснение происхождения этих автономных россыпей алмазов позволило бы избежать многомиллиардных расходов на бесполезные поиски не существующих гипотетических коренных материнских кимберлитов. Более раннее начало образования округлых алмазов является причиной большего распространения автономных россыпей с неизвестным источником в древних толщах.
Таким образом, учёт горячего образования Земли и дифференциации во время её эволюции глобального магматического океана, позволяет объяснить все мно-
гочисленные загадочные особенности процессов алма-зообразования. Это должно способствовать успешному прогнозу и поиску алмазных месторождений. Однако в настоящее время большинство технических алмазов синтезируется. Всё более успешный синтез даже ювелирных алмазов, видимо, в ближайшем будущем приведёт к отказу от дорогостоящей разработки их природных месторождений.
Список литературы
1. Шкодзинский, В. С. Генезис литосферы и кимберлитов. Модель горячей гетерогенной аккреции Земли / В. С. Шкодзинский // Palmarium academic publishing. Saarbrucken. - 2015. - 687 с.
2. Аргунов, К. П. Алмазы Якутии / К. П. Аргунов. -Новосибирск: Изд.-во СО РАН, 2005. - 402 с.
3. Россыпи алмазов России / С. А. Граханов и [др.]. -Новосибирск: ГЕО, 2007. - 457 с.
Штооюо,
KMI'il.l.l ФЛЫШШВИЧ
Каменский, Р. M. Войтковский Кирилл Фабианович / ФГБУН Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН; Р. М. Каменский, Г П. Кузьмин. -2-е изд., нойтк-опгкии перераб. и доп. - Якутск : ФГБУН Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова
СО РАН, 2023. - 28 с. - (Серия «Учёные-мерзлотоведы»),
Настоящая публикация является переизданием вышедшей в 1999 г. в серии «Учёные-мерзлотоведы» брошюры, посвящённой одному из ведущих специалистов страны в области инженерного мерзлотоведения, гляциологии и лавиноведения Кириллу Фабиановичу Войтков-скому.
Сумгин Михаил Иванович / ФГБУН Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН; автор-составитель В. Р Алексеев; отв. ред.-ры : М. Н. Железняк; В. В. Шепелёв. - 2-е изд., перераб. и доп. - Якутск : Изд-во ФГБУН Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, 2023. -224 с. - (Серия «Учёные-мерзлотоведы»).
Настоящая публикация является вторым, переработанным и дополненным изданием биографо-библиографического очерка «Сумгин Михаил Иванович» из серии «Учёные-мерз-михлнл нвлнович лотоведы», посвящённым 150-летию со дня его рождения.
Эта книга об основоположнике мерзлотоведения, выдающемся учёном и организаторе науки, посвятившем большую часть своей жизни изучению так называемого «Сибирского Сфинкса» - вечной и сезонной мерзлоты. Редкий человек остается равнодушным к судьбе мальчика из простой деревенской семьи, прошедшего долгий и трудный путь революционера, ссыльного поселенца, губернского комиссара, географа, геолога и инженера. Жизнь М. И. Сум-гина, человека предельно честного, бескорыстного, одержимого жаждой знания и заботой о людях - безусловный пример высокой нравственности, трудолюбия и благородства. Описывается творческий путь учёного, оценивается его вклад в мировую и отечественную науку, приводятся отзывы и воспоминания коллег и учеников, а также полный список его опубликованных научных работ. В конце книги помещён список документов и архивных материалов из фонда М. И. Сум-гина в Мордовском республиканском объединённом краеведческом музее им. И. Д. Воронина.
