В углеродной решетке, обеспечивающей блеск бриллианта, скрыты тайны истории нашей планеты.

Секреты, скрытые в алмазах

Помимо своей великой красоты, алмазы ценятся учеными за все то, что мы не можем увидеть.

Алмазы образуются, когда атомы углерода соединяются почти исключительно с другими атомами углерода. Точнее, каждый атом углерода связывается с четырьмя другими атомами углерода. Электростатические силы внутри и между связанными атомами углерода фиксируют их на совершенно одинаковом расстоянии друг от друга: каждый атом углерода находится на одинаковом расстоянии от каждого из других атомов углерода, с которыми он связан. Именно благодаря регулярному и точному расстоянию между атомами в трехмерном пространстве алмазы прозрачны. Именно поэтому алмазы могут быть огранены под точными углами, образуя идеальные линии и плоскости. Именно это придает им блеск.

Углерод – один из немногих атомов, который может образовывать такие идеальные однородные связи с самим собой. Это одна из причин уникальности алмазов по сравнению с другими природными материалами. Но углерод не обязательно должен соединяться с самим собой особым образом, что и приводит к появлению алмазов. На самом деле алмазы образуются только в очень специфических условиях – при очень высоких температуре и давлении.

Такие условия были обнаружены глубоко в Земле миллиарды лет назад.

В то время наша планета находилась в стадии становления. Ее внешняя поверхность – континентальная и океаническая кора, которая поддерживает богатое разнообразие жизни, известное нам сегодня, – все еще развивалась из горячего, клубящегося шара жидкостей и газов, который составлял Землю в то время. Как и когда континенты возникли из этой расплавленной субстанции, еще не до конца понятно.

Одна из проблем в понимании того, как и когда сформировалась земная кора, заключается в том, что это произошло так давно и так далеко под поверхностью Земли: при нынешней технологии просто невозможно собрать образцы с такой глубины. Даже если бы мы смогли проникнуть так далеко вглубь Земли, как собрать древние образцы?

Здесь кроется ценность алмазов: они являются идеальными сосудами, в которых древние послания могут быть перенесены во времени с, казалось бы, непоколебимых глубин, давлений и температур.

Алмазы переносят древние послания из мантии Земли на ее поверхность.

После образования алмазы практически невозможно преобразовать: они, как правило, не горят, не ржавеют, не растворяются в кислотах, щелочах, воде или масле. Эти свойства гарантируют, что послания, которые несут алмазы, сохранятся на протяжении всего пути, занявшего миллиарды лет, в руки современных ученых, которые с нетерпением ждут возможности расшифровать их.

Послания, передаваемые алмазами, имеют несколько форм. Одна из них содержится в самих атомах углерода.

В основе каждого атома углерода лежит скопление протонов и нейтронов, вокруг которых вращаются электроны атома. Типичный атом углерода состоит из шести протонов, шести электронов и шести нейтронов. Число протонов и электронов относительно фиксировано, но число нейтронов может меняться. Атомы углерода с разным числом нейтронов известны как изотопы углерода.

На Земле встречаются только три изотопа углерода. Углерод-12 является наиболее распространенным изотопом и составляет около 99 % углерода на Земле. Большую часть оставшегося 1 % составляет углерод-13. Эти два изотопа стабильны, то есть маловероятно, что со временем они превратятся в другой изотоп или элемент.

Третий изотоп углерода, встречающийся на Земле, углерод-14, нестабилен: в течение тысяч лет он постепенно превращается в азот. Нестабильность углерода-14 позволяет ученым определять возраст объектов, сравнивая соотношение углерода-14 и других изотопов углерода.

Датирование по углероду-14 не подходит для определения возраста алмазов: он так быстро превращается в азот, что его можно использовать только для определения возраста объектов не старше 50 000 — 60 000 лет.

К счастью, изотопы других атомов превращаются гораздо медленнее и могут быть использованы для определения возраста гораздо более древних объектов, включая алмазы.

Соотношение углерода-12 и углерода-13 в различных элементах Земли достаточно предсказуемо и напоминает «отпечатки пальцев», которые могут предоставить ученым информацию о том, где или как возник геологический объект или элемент. Для ученых, заинтересованных в понимании происхождения континентов Земли, соотношение углерода-12 и углерода-13 в алмазах указывает на материалы, из которых они образовались.

Алмазы также несут другие виды элементарных сообщений: эти сообщения приходят в виде элементов, которые оказываются запертыми внутри алмазов при их формировании, обычно называемых включениями. По сути, включения – это крошечные образцы исторических условий, которые были собраны алмазом при его формировании.

Включения позволяют ученым собирать и изучать геологические образцы

Включения помогают ученым понять, как миллиарды лет назад различные элементы распределялись на поверхности Земли и под ней. Ученые также могут использовать состав включений, чтобы сделать вывод о температуре и давлении, существовавших во время формирования алмаза и ранней коры.

Вместе соотношения углерода-12 и углерода-13, элементный состав включений и соотношения других нестабильных изотопов, обнаруженных в алмазах, позволяют расшифровать важнейшие сведения о том, как формировалась и изменялась со временем поверхность нашей планеты.

Для ученых ценность алмаза заключается в информации, которую он несет об истории нашей планеты: встроенный в саму его структуру, а иногда запечатленный внутри его практически неизменной формы, каждый алмаз несет в себе подсказки о том, как наша планета превратилась в Землю, которую мы знаем сегодня.

Алмазы действительно являются природными чудесами: они представляют собой капсулы времени, позволяющие ученым собирать образцы, сформировавшиеся миллиарды лет назад.

Подобно тому, как алмазы несут скрытые послания о нашей планете, каждый алмаз также несет в себе подпись о своем происхождении и условиях, в которых он рос. Его уникальная история навсегда заложена в самой его элементарной структуре и различима в ней.

Интересно, какие древние секреты могут рассказать ваши бриллианты?

С более подробной информацией можно ознакомиться на сайте https://www.naturaldiamonds.com/industry-news/the-secrets-trapped-in-diamonds/