Возраст важен
Возраст любого объекта или существа важен. Люди, животные, вино, автомобили и антиквариат рассматриваются и понимаются в контексте их возраста. Также и с минералами. Геолог должен знать возраст горных пород, чтобы построить геологическую историю местности. Чтобы определить абсолютные возрасты скал и полезных ископаемых, таких как алмаз, ученые измеряют естественные радиоактивно распадающиеся элементы. Абсолютные возрасты свободны от любого знания относительных отношений возраста к любому другому геологическому материалу. Это известно как геохронология.
Ранних охотников за алмазами в ЮАР мало волновал абсолютный возраст, потому что алмазы были найдены в качестве аллювиального материала в руслах рек и на пляжах. После того, как алмазы были обнаружены в кимберлитах, абсолютный возраст алмазов стал играть важную роль в поисках новых алмазов, а также в получении ответов на ключевые вопросы о том, как они формируются:
- Являются ли алмазы одинаковыми по возрасту с породами (кимберлитами), в которых они обнаружены?
- Кристаллизовались ли они из кимберлита или попали из другой породы во время извержения вулкана?
- Какой возраст кимберлитов? Какой возраст алмазов?
- Могут ли на одном руднике быть алмазы разных возрастов?
Преимуществом этого поиска было показать, что самый старый образец минерала, который можно получить и носить в качестве ювелирного изделия, – это алмаз, возраст которого часто составляет три миллиарда лет или старше, а это почти три четверти возраста Земли. Этот признак никогда не будет свойственен ни одному синтетическому алмазу.
Радиоактивный распад и возраст минерала
Наиболее надежным способом определения абсолютного возраста любого минерала или породы является радиогенный изотопный анализ. Такие долгоживущие радиоактивно распадающиеся элементы, как уран, самарий, рений и рубидий, имеют один или несколько изотопов, которые спонтанно распадаются (известные как «родительский») на изотоп другого элемента (или «дочерний») с постоянной средней скоростью. Современные масс-спектрометры могут измерять бесконечно малые различия в родительских и дочерних изотопах, попавших в ловушку в минералах, путем измерения изотопных соотношений. На основании этих данных и зная скорость изотопного распада, можно рассчитать возраст минерала.
Если алмазы не могут быть датированы напрямую, то как они вообще могут быть датированы?
Хотя алмаз в основном состоит из углерода, он не может быть датирован по углероду, поскольку период полураспада углерода слишком короток, а алмаз обычно имеет возраст от миллионов до миллиардов лет. Вместо этого геохронологи используют минеральные включения, такие как сульфид железа, клинопироксен и гранат, которые попадают внутрь алмаза и содержат достаточное количество Re-Os, Rb-Sr и Sm-Nd для определения возраста алмаза. Самое простое предположение заключается в том, что полученный возраст указывает на то, как долго включение находилось в алмазе, и, следовательно, дает время образования алмаза.
Сейчас должно быть очевидно, что возраст не может быть определен для алмазов, которые не содержат достаточно больших включений, другими словами, для подавляющего большинства алмазов ювелирного качества. В торговле драгоценными камнями включения минералов, как правило, не считаются желательной особенностью. Однако с научной точки зрения эти редкие минеральные включения чрезвычайно ценны, поскольку они являются единственными прямыми пробами, с помощью которых геологи исследуют Землю на глубине; было документально подтверждено, что включения в некоторых алмазах происходят с глубин более 660 км. И включения – единственный способ определить возраст алмаза!
К сожалению, датировка алмазов – деструктивный метод. Минеральные включения должны быть выделены из алмаза таким образом, чтобы их можно было охарактеризовать, растворить и проанализировать их изотопный состав. От одного включения невозможно получить информацию о возрасте алмаза. Иногда ученым везет, и они могут получить несколько включений из одного алмаза. В этом случае может быть определен возраст образования алмаза или даже выявлена длительная история его роста.
История определения возраста алмаза
Впервые возраст алмазов был определен профессором Stephen Richardson из Кейптаунского университета, когда он был аспирантом, работавшим в Массачусетском технологическом институте в начале 1980-х годов.
В середине 1990-х годов профессор Graham Pearson и доктор Steven Shirey, работающие в Институте Карнеги, модифицировали аналитические методы. Их методика стала наиболее широко используемой для определения глобального возраста алмазов.
Последние аналитические достижения (а именно, еще более чувствительные и точные детекторы в масс-спектрометрии) позволили измерять Sm, Nd, Rb и Sr при крайне низких концентрациях, в которых они встречаются в одиночных включениях граната и клинопироксена. Исследователи, работающие с профессором Gareth Davies из Vrije University в Амстердаме, начали использовать эту методику для изучения возраста алмазов из Ботсваны и ЮАР. Этот метод, несомненно, получит широкое применение.
Чему нас научил возраст алмазов?
Эта шкала показывает, что алмазы формировались на протяжении большей части истории Земли.
Самые древние алмазы, которые были изучены, формировались за миллиард лет до того, как наша атмосфера насытилась кислородом и на Земле появилась жизнь. Эта временная шкала показывает некоторые месторождения, которые иллюстрируют весь диапазон возрастов. Во многих других местах произошло множество событий, повлиявших на образование алмазов.
Из изотопных исследований включений в алмазах мы теперь знаем, что алмазы образовывались почти на протяжении всей истории Земли. Самые старые – возрастом 3,5-3,3 миллиарда лет – образовались до насыщения кислородом атмосферы Земли (2,5-2,3 миллиарда лет назад). Все алмазы, датированные до этого времени, образовались еще до того, как динозавры вымерли 65 миллионов лет назад. У нас нет оснований полагать, что алмазы до сих пор не формируются в глубине земной мантии. Однако поскольку они образуются очень глубоко и не выдерживают окислительных условий обычного базальтового вулканизма, мы не сможем получить к ним доступ до тех пор, пока редкие кимберлитовые извержения не выведут их на поверхность.
Помимо простого знания возраста алмаза ради любопытства, возраст алмазов оказался чрезвычайно ценным инструментом для геологов, изучающих глубины Земли. Он показал нам, что алмазы намного старше кимберлитов. Они не кристаллизовались в кимберлитах.
Возраст алмазов также позволил связать их образование с известными тектоническими процессами плит.
Определив возраст, мы узнали, что алмазы вечные. Они раскрывают новые секреты нашей планеты.
С более подробной информацией можно ознакомиться на сайте https://www.gia.edu/gems-gemology/spring-2019-how-old-are-diamonds-are-they-forever