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