Два уникальных образца алмазов, обнаруженных в шахте Южной Африки, поставили ученых перед загадкой, которая могла бы перевернуть представление о формировании драгоценных камней и глубинах мантии Земли. Эти алмазы содержат включения — микроскопические частицы минералов и металлических сплавов, возникшие в совершенно противоположных химических условиях. Такая комбинация кажется практически невозможной, что делает находку важной в контексте изучения геохимии планеты и процессов, происходящих в недоступных слоях мантии.

Что такое включения и почему они важны?

Включения — это мельчайшие фрагменты окружающих пород, захваченные внутри алмаза во время его кристаллизации. Для ювелиров они — нежелательный фактор, мешающий очистке и обработке драгоценных камней. Однако для ученых это ценнейший источник информации о характеристиках глубинной части Земли. В особенности это касается алмазов, формирующихся глубоко в мантии — ведь они буквально поднимают «записки» о химическом составе и условиях формирования.

В случае с двумя недавно исследованными алмазами из Южной Африки, включения содержат минералы, богатые окисленным кислородом, и металлические сплавы с низким содержанием кислорода — так называемые редукционные соединения. Полярные условия, в которых эти включения возникли, позволяют проследить за реакциями, происходившими миллионы лет назад, и понять процессы, влияющие на формирование камней.

Необычная смесь химических веществ: два мира в одном алмазе

На первый взгляд кажется невозможным существование в одном образце алмаза веществ, образующихся в противоположных условиях. Обычно минералы, богатые кислородом (оксидированные), и металлические сплавы, бедные кислородом (редукционные), не могут сосуществовать в одном месте. Их встреча вызывает удивление и размышления у специалистов. Так, именно это обнаружение поразило ведущего исследователя Яакова Вайса — профессора Земных наук в Иерусалимском Еврейском университете и его команду.

После более тщательного анализа ученые поняли, что в этих включениях запечатлён момент реакции, которая привела к возникновению алмазов. Впервые было зафиксировано, что в природе происходит взаимодействие между карбонатными минералами, насыщенными кислородом, и металлическими сплавами с низким содержанием кислорода — реакция, ранее считавшаяся маловероятной в условиях глубинной мантии.

Значение открытия для понимания химии мантии

Результаты исследования свидетельствуют, что химическая среда в мантии глубже, чем предполагалось ранее. На глубинах 280–470 километров условия меняются: окисленная материя встречается там чаще, чем считалось раньше. Это заставляет ученых пересмотреть модели о химическом градиенте в недрах планеты и понять, что окисленные компоненты могут существовать глубже 300 километров.

Данное открытие также подтверждает гипотезу о том, что процессы окисления происходят при более глубоких уровнях, что сказывается на предположениях о происхождении кимберлитов — пород, поднимающих алмазы на поверхность. Важно отметить, что ранее считалось, будто окисленные минералы встречаются преимущественно на глубинах до 300 километров, а теперь доказано, что такие условия присутствуют гораздо глубже.

Механизмы формирования алмазов: реакции и гипотезы

Наиболее популярные теории предполагают, что алмазы формируются в результате реакции карбонатных растворов или минералов с металлическими сплавами. В случае с обнаруженными алмазами в их включениях прослеживаются реакции, вызванные погружением карбонатных жидкостей и минералов под воздействием тектонических процессов. Представляются также гипотезы о формировании алмазов из насыщенных углеродом флюидов, которые кристаллизуются и охлаждаются по мере подъема.

Уникальная находка подтверждает, что реакции между карбонатами и металлическими сплавами могут действительно происходить в глубинах мантии, что ранее считалось маловероятным. Анализы показали, что именно такие реакции могли стать причиной появления драгоценных алмазов, их цвета и структурных особенностей.

Загадка никелевых включений и их роль

Особое внимание ученых привлекли включения с высоким содержанием никеля. Эти сплавы, по мнению специалистов, могут объяснить загадочные случаи замещения атомов углерода в кристаллической структуре алмаза никелем. Поскольку никель значительно тяжелее углерода, его замещение казалось невозможным, однако новые данные свидетельствуют, что такие процессы могут происходить в определенных условиях глубинной мантии.

Машинное и лабораторное моделирование показывает, что при определённых давлениях и температурах в мантии никелевые атомы вполне способны интегрироваться в структуру алмаза, что объясняет их наличие в некоторых образцах. Это открывает новые горизонты в изучении условий кристаллизации алмазов и их химической эволюции.

Что это значит для будущих исследований?

Обнаружение таких образцов — важный шаг к пониманию глубоких слоёв планеты. Они служат своего рода «летописью» химической истории Земли, предоставляя проверочные данные, ранее отсутствующие из-за сложности получения образцов с таких глубин. Новые находки свидетельствуют о том, что окисленные материалы могут существовать глубже, чем предполагалось, а реакции, ведущие к формированию алмазов, происходят в более сложных и многообразных условиях.

Ученые предполагают, что подобные исследования откроют новые возможности для изучения процессов субдукции, динамики мантии и формирования богатых драгоценных камней. В будущем планируется расширение геохимических исследований, моделирование условий с помощью компьютерных симуляций и поиска новых образцов, чтобы лучше понять внутреннюю геохимию нашей планеты.

Заключение

Обнаружение и изучение парадоксальных алмазов из Южной Африки подтверждает, что природа глубинных процессов продолжает удивлять ученых. Взаимодействие окисленных минералов и редукционных сплавов в мантии стало не только возможным, но и играют важную роль в формировании драгоценных камней. Эти открытия способствуют расширению наших знаний о геохимии Земли и её внутренней структуре, одновременно открывая новые горизонты для исследований и будущих открытий.