Согласно новому исследованию, самые большие в мире и самые ценные алмазы могут родиться в карманах из жидкого металла, расположенных глубоко под землей.
Это открытие предполагает, что карманы жидкого металла, пронизанные по всему мантийному слою Земли, между корой и ядром планеты, могут сыграть ключевую роль в том, как углерод и другие элементы играют ключевую роль в жизненном цикле между недрами Земли и поверхностью планеты, считают исследователи.
В общем, алмазы образуются глубоко в горячей скале мантии Земли, поднимаясь на поверхность с извержениями вулканов. Самым крупным алмазом ювелирного качества, найденным на сегодняшний день, является алмаз Куллинан, который был обнаружен в Южной Африке в 1905 году. Алмаз весом 3 106,75 карата, который впоследствии был разрезан на несколько полированных кусков, первоначально весил 1,37 фунта. (621,35 грамма) и был длиной около 3,86 дюйма (9,8 сантиметра).
Предыдущее исследование показало, что крупнейшие в мире бриллианты ювелирного качества отличаются от более мелких драгоценных камней не только по размеру, но также по составу и структуре.
«У них очень мало включений, пойманных в них, то есть материал, который не является алмазом», - сказал ведущий автор исследования Эван Смит, геолог из Геммологического института Америки в Нью-Йорке. «Они также относительно чисты, что означает, что большинство этих алмазов состоят только из атомов углерода, в отличие от многих других алмазов, которые здесь и там содержат атомы азота, замещающие их атомы углерода».
Кроме того, когда самые крупные алмазы находятся в их необработанном, неполированном состоянии, «они имеют неправильную форму, как леденец, который какое-то время находился у кого-то во рту, вместо красивых симметричных кристаллов, о которых часто думают с бриллиантами». Смит рассказал «Живой науке».
Эти различия привели ученых к предположению, что крупные алмазы могут образовываться разными способами, чем более мелкие, более распространенные алмазы. Тем не менее, крупнейшие в мире бриллианты ювелирного качества "стоят столько денег, что очень трудно получить к ним доступ для исследований", сказал Смит. Это заблокировало исследования, которые могут раскрыть тайну происхождения этих крупных драгоценных камней, пояснил он.
Теперь Смит и его коллеги проанализировали 42 готовых образца таких драгоценных камней, каждый из которых был предоставлен исследователям на несколько часов за один раз. Кроме того, ученые исследовали два незаконченных образца и девять так называемых «отрывков», кусочки, оставшиеся после огранки граней драгоценного камня и полировки для максимального блеска.
Исследователи обнаружили крошечные металлические зерна, попавшие в эти образцы. По словам соавтора исследования Стивена Ширея, геохимика из Научного института Карнеги в Вашингтоне, ученые обнаружили также следы метана. и водород в тонких пространствах между этими включениями и вмещающим алмазом.
Исследователи считают, что металлические зерна являются свидетельством того, что массивные алмазы, вероятно, имеют необычное происхождение. Химия этих металлических включений предполагает, что крупные алмазы кристаллизуются из карманов металлической жидкости. Напротив, другие алмазы, вероятно, выращиваются из химического супа, загруженного углеродом, кислородом и водородом, сказал Смит.
По словам ученых, ряд исследованных образцов также содержал кремнийсодержащие минеральные включения, которые образуются при высоких давлениях, обнаруженных на предельных глубинах. Исследователи подсчитали, что крупные алмазы являются «сверхглубокими» драгоценными камнями, которые, вероятно, образуются на глубинах от 254 до 410 миль (от 410 до 660 километров). Для сравнения, предыдущие исследования показали, что большинство других драгоценных алмазов образуются на глубинах всего от 93 до 124 миль (от 150 до 200 км).
Эти данные дают прямое доказательство давно ожидаемых, теоретически предсказанных химических реакций в мантии Земли, которые создают карманы из металлического железо-никелевого сплава, сказал Смит. По его словам, большая часть железа и никеля в мантии Земли обычно связана с кислородом или другим химическим веществом.
Хотя крупные алмазы и более распространенные алмазы иногда встречаются вместе, это не означает, что они образовались вместе, сказал Шире в интервью Live Science. Вместо этого та же магма, которая течет вверх, чтобы вывести крупные алмазы на поверхность, также может вытягивать более мелкие алмазы, которые образовались на меньших глубинах, сказал он.
Эти результаты не должны быть приняты, чтобы предположить, что "океан жидкого металла глубоко в мантии Земли", сказал Смит. Жидкий металл, скорее всего, поставляется только в карманах, «ограниченных, возможно, размером с кулак, если я догадываюсь, которые пронизаны по всей мантии», добавил он.
«Там не так много этого металлического железа - всего около 1 процента или около того мантии», - сказал Смит. «Тем не менее, это меняет наше представление о более глубокой Земле, потому что такие элементы, как углерод, хорошо растворяются в металлическом железе. Это означает, что присутствие этого металла может повлиять на круговорот углерода, азота и водорода из глубокой Земли на поверхность от мантии Земли до того места, где мы живем. "
Будущие исследования могут выяснить, какие другие элементы содержатся в этих крупных алмазах или их остатках, и какие изотопы включены, сказал Смит.
«Это может помочь пролить свет на происхождение этого металла. Откуда он взялся, как он образуется, какое у него время жизни, в каких процессах он участвует», - сказал он.
Ученые подробно изложили свои выводы онлайн сегодня (15 декабря) в журнале Science.
