В углеродной решетке, которая придает бриллиантам блеск, скрыто понимание истории нашей планеты.
Бриллианты – это одновременно и ослепительные драгоценные камни, и научные капсулы времени. От точного расположения атомов углерода, придающего бриллиантам их блеск, до микроскопических включений, заключенных в них, – каждый камень несет в себе информацию об интенсивных условиях глубоко под поверхностью Земли.
Эти древние кристаллы являются геологическими посланниками, хранящими информацию о высоких давлениях, экстремальных температурах и элементарной среде, в которой они образовались миллиарды лет назад.
Из этой статьи вы узнаете, как образуются природные алмазы, и что их включения и изотопы углерода могут рассказать нам о давней истории планеты, формировании континентов и динамичных процессах, которые все еще формируют Землю сегодня.
Что делает бриллианты такими уникальными?
Алмазы образуются, когда атомы углерода связываются почти исключительно с другими атомами углерода. Более конкретно, каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами углерода. Электростатические силы внутри и между связанными атомами углерода удерживают их на идеально равномерном расстоянии друг от друга: каждый атом углерода находится на одинаковом расстоянии от других атомов углерода, с которыми он связан. Благодаря постоянному и точному расстоянию между атомами в трехмерном пространстве алмазы прозрачны. Именно поэтому бриллианты можно огранять под точными углами, образуя идеальные линии и плоскости. Именно это придает им блеск.
Углерод – один из немногих атомов, которые могут образовывать такие совершенные, однородные связи сами с собой. Это одна из причин, по которой алмазы уникальны по сравнению с другими природными материалами. Но углерод не обязательно должен соединяться сам с собой особым образом, что приведет к образованию алмазов. На самом деле, алмазы образуются только при очень специфических условиях – при очень высоких температуре и давлении.
Образование алмазов в ранней истории Земли
Необработанный алмаз с включениями (любезно предоставлено De Beers):
В то время наша планета находилась на ранней стадии развития. Ее внешняя поверхность – континентальная и океаническая кора, поддерживающая богатое разнообразие жизни, которую мы знаем сегодня, – все еще развивалась из горячего, бурлящего шара жидкостей и газов, который в то время составлял Землю. Как и когда континенты возникли из этого бурлящего расплавленного «супа», до сих пор до конца не изучено. Также неизвестно, в какой степени земная кора отделилась от своей огненной мантии только для того, чтобы быть поглощенной ею позже, а затем восстановленной заново.
Алмазы как геологические капсулы времени
Одна из проблем в понимании того, как и когда сформировалась земная кора, заключается в том, что это произошло так давно и так глубоко под поверхностью Земли: с помощью современных технологий просто невозможно собрать образцы с таких глубин.
В этом и заключается скрытая ценность алмазов: они являются идеальными сосудами, в которых древние послания могут передаваться сквозь время с кажущихся недоступными глубин, давлений и температур.
Алмазы передают сообщения немыслимой давности от мантии Земли к ее поверхности.
После формирования алмазы практически невозможно преобразовать: как правило, они не горят, не ржавеют и не растворяются в кислотах, щелочах, воде или масле. Эти свойства гарантируют, что послания, которые несут алмазы, сохраняются на протяжении всего их путешествия длиной в миллиард лет и попадают в руки современных ученых, которые с нетерпением ждут возможности расшифровать их.
История, заключенная в атоме углерода
Послания, которые несут алмазы, бывают разных форм. Одна из форм содержится в самих атомах углерода.
В основе каждого атома углерода лежит скопление протонов и нейтронов, вокруг которых вращаются электроны. Типичный атом углерода состоит из шести протонов, шести электронов и шести нейтронов. Количество протонов и электронов относительно постоянно, но количество нейтронов может варьироваться. Атомы углерода с различным количеством нейтронов известны как изотопы углерода.
На Земле обнаружено всего три изотопа углерода. Углерод-12 является наиболее распространенным изотопом, на долю которого приходится около 99 % углерода на Земле. Оставшийся 1 % приходится на углерод-13. Эти два изотопа стабильны, что означает, что со временем они вряд ли преобразуются в другой изотоп или элемент.
Третий изотоп углерода, обнаруженный на Земле, углерод-14, нестабилен: в течение тысяч лет он постепенно превращается в азот. Нестабильность углерода-14 позволяет ученым определить возраст объектов, сравнивая соотношение углерода-14 к другим присутствующим в нем изотопам углерода.
Продолжение следует…
С более подробной информацией можно ознакомиться на сайте https://www.naturaldiamonds.com/science-of-diamonds/diamond-inclusions/