Вопрос о том, откуда берутся алмазы, исследовался с разных сторон. Когда началось изучение этих камней метеоритного происхождения, некоторые ученые считали, что минерал был выдавлен из гигантских алмазных планет в космосе и попал на Землю после соединения с метеоритом.
Как и где образуются алмазы
Все, что большинство людей знают об алмазах, — это то, что они являются самыми твердыми минералами на Земле и что из них делают бриллианты. Но мало кто знает ответ на интересный вопрос о том, как образуются алмазы. Давайте узнаем больше о происхождении этого минерала.
Следует отметить, что «короли камней» образуются по-разному. Ученые пока не пришли к единому мнению по этому поводу, поэтому мы приведем наиболее распространенные гипотезы об образовании камня. Известно лишь то, что эти неметаллические элементы образуются в результате сильного давления на углерод. Их очень дорого добывать и производить, что является одной из причин высокой стоимости. Вторая причина, однако, заключается в многочисленных полезных свойствах, которые человек активно использует уже давно.
Дитя метеорита
В XIX веке ученые, изучавшие упавший на Землю метеорит, обнаружили кристаллы алмаза. Оказалось, что этот минерал, как и многие другие компоненты метеорита, образуется при ударе небесного тела о поверхность планеты. Это происходит из-за огромного давления и температуры, которым подвергается углерод при ударе. Однако в метеорите образуется лишь несколько кристаллов. Они называются краститами.
Некоторые исследователи считают, что алмаз образовался естественным образом под землей от 100 миллионов до 2,5 миллиардов лет назад. Там, уверяют ученые, были наилучшие условия для образования минерала: огромное давление, высокие температуры, однородная среда и отсутствие температурного градиента.
Взрывные процессы (вулканизм и т.д.) вынесли эти минералы на поверхность, поэтому самые крупные месторождения неметаллических минералов находятся рядом с жилами в земной коре. Эта теория также объясняет, как минералы образуются на морском дне.
Как человечеству явилось сверкающее чудо: история появления бриллиантов
Получайте одну из наших самых читаемых статей в свой почтовый ящик раз в день. Следите за нами на Facebook и ВКонтакте.
Красота алмазов завораживает, а их история окружена тайнами, которые ученые пытаются разгадать уже много лет/Фото:brillianty.info
Бриллианты — это не что иное, как обработанные алмазы. Поэтому, рассказывая историю открытия человечеством «лучших друзей девушек», мы будем называть эти драгоценные камни бриллиантами. Когда, как и где люди впервые увидели эту красоту?
1 Когда и как мир узнал об алмазах?
Человечество знало о ценности алмазов с древних времен/image:daladno.me
На самом деле алмазы были обнаружены людьми очень давно — еще в четвертом тысячелетии до нашей эры. Они были найдены в Индии. Согласно историческим свидетельствам, эти камни считались драгоценными у древних римлян. Однако европейцы открыли красоту алмазов позже, в 5 или 6 веке до нашей эры.
Люди узнали о красоте алмазов после их огранки в XIII веке. В XIII веке они знали о красоте алмазов, но все еще старались не обрабатывать эти камни, полагая, что это приведет к потере магического эффекта, которым, по ошибочному мнению людей того времени, обладали алмазы. Механическая обработка появилась гораздо позже. Около 5 веков назад алмазы стали упоминаться в драгоценных камнях.
История гласит, что первый бриллиант был изготовлен Луи де Бернелем в 1454 году. Искусный мастер изготовил его для Карла Смелого (герцога Бургундского). Последний был совершенно очарован этой красотой. Блеск камня настолько впечатлил его, что он решил украсить бриллиантами свои доспехи. Герцог Бургундский стал первым человеком, который вошел в высшее общество с бриллиантовыми украшениями. Его блестящее появление в обществе положило начало моде на бриллианты.
Крупные месторождения алмазов были найдены в Индии и Индонезии, а затем в Африке/Фото:brillianty.info
Первоначально крупные месторождения алмазов были обнаружены в Индии и Индонезии. Однако со временем запасы значительно уменьшились, и сегодня добыча драгоценных камней в этих районах перестала быть продуктивной. Позже, во второй половине XIX века, основным поставщиком алмазов стало африканское государство.
В 1876 году в Филадельфии миру был представлен новый метод обработки алмазов с помощью специального оборудования — камнерезного станка. Но только в 1910 году был принят метод полировки, используемый современными ювелирами. Еще одно месторождение алмазов было открыто в первой половине прошлого века. Оно расположено на побережье Атлантического океана. Позже (с 1961 года) блестящие драгоценные камни стали находить не только в недрах земли, но и на морском дне.
2. когда были найдены алмазы в России
Алмазы метеоритного происхождения
Алмазы в виде крошечных зерен часто встречаются в некоторых видах каменистых и м е т а л л и ч е с к и х метеоритов, а также в имбасситах — образованиях, сформировавшихся в местах падения метеоритов на землю.
Русские ученые М. Ерофеев и П. А. Лачинов первыми обнаружили алмазы в метеоритах в 1888 году. Они исследовали каменный метеорит Новый Урей весом 2116 граммов, который упал в Мордовии в 1886 году.
Алмазы в железных метеоритах были обнаружены в 1891 году при исследовании фрагментов метеорита Каньон-Дьябло, упавшего около 20-40 тысяч лет назад в Аризоне, США, вблизи одноименного каньона. Предполагается, что этот метеорит весил около 30 тонн.
Откуда в метеоритах алмазы?
Существует несколько гипотез о происхождении алмазов в метеоритах. К сожалению, гипотеза о том, что алмазные метеориты являются частью большого тела или даже планеты, состоящей из алмазов, не подтвердилась. Большинство ученых склоняются к версии, что алмазы в метеоритах образовались в результате столкновений в поясе астероидов.
Падение метеоритов на Землю приводит к образованию особых пород, называемых короститами. При ударе создается экстремальное давление в несколько десятков ГПа и температура 2000-3000 °C. В этих условиях углерод, содержащийся в столкнувшихся веществах, может превратиться в алмаз.
Алмазы, образовавшиеся в результате удара, иногда образуют значительные месторождения. Астрокластер Попигай широко известен в России. Это кратер размером около 100 км, который образовался примерно 35 миллионов лет назад на границе между нынешними Красноярским краем и Якутией в результате удара метеорита размером около 7 км. Несмотря на высокую концентрацию, импактные алмазы слишком малы для промышленной добычи.
В настоящее время все добываемые и используемые алмазы имеют земное происхождение.
Алмазы земного происхождения
Существует множество теорий о происхождении алмазов в недрах земли. Большинство экспертов сходятся во мнении, что добытые алмазы образовались от 100 миллионов до 2,5 миллиарда лет назад в мантии Земли, на глубине 100-200 километров, при температуре от 900 до 1300 °C и давлении около 4-5 ГПа (около 40 000-50 000 атмосфер). Алмазы вышли на поверхность из магматических пород (кимберлитов и лампроитов) в результате взрывных процессов. Существуют различные упоминания об образовании алмазов на глубине до 700 км.
Как образуются алмазы в магматических породах?
Многочисленные теории о механизме образования алмазов в магматических породах можно условно разделить на три группы.
- К первой относятся теории, которые связывают образование алмазов в верхних зонах земной коры при застывании магмы с попадающими в нее углеводородами из «вмещающих» пород.
- Вторая предполагает образование алмазов в глубине ультраосновных пород, которые затем подвергаются дезинтеграции расплавленной магмой, в результате чего алмазы высвобождаются и увлекаются вверх магматическим потоком.
- К третьей группе относятся теории, предполагающие образование алмазов в глубине ультраосновной магмы, а так же частично и в процессе ее подъема к поверхности. Этот механизм образования алмазов считается в настоящее время наиболее вероятным.
Алмазы не являются большой редкостью в природе, но существует лишь ограниченное количество месторождений, которые можно добывать в промышленных масштабах.
Добыча алмазов из ничего — сложный и трудоемкий процесс, который включает в себя множество этапов. Сначала необходимо найти и разработать месторождение, но не каждое месторождение содержит алмазы, которые можно добывать. После того как предварительная работа выполнена, начинается добыча руды. Руда добывается с помощью машин, а затем дробится. В таком состоянии можно извлечь кимберлитовую породу, которая является основной целью для обработки.
Затем кимберлит доставляется на производственный завод, где его сортируют по различным параметрам, чтобы определить его точное содержание и размер. Важным критерием является пригодность породы для изготовления ювелирных изделий или различных инструментов. Хотя кимберлитовая руда распространена почти по всему земному шару, самые крупные месторождения находятся в России, Канаде и Ботсване. Первые попытки добычи алмазов относятся к 17 веку и были весьма успешными.
Месторождения алмазов можно разделить на два типа: Первичные месторождения в виде кимберлитовых и лампроитовых трубок и плитные месторождения. Последние представляют собой вторичные месторождения, образовавшиеся в результате разрушения первичных месторождений. В подавляющем большинстве случаев добыча ведется в трубках. Лампроитовые трубки — это разновидность магматических пород; их крупные месторождения были обнаружены в Австралии в конце XX века. Крупные месторождения были обнаружены в Австралии в конце XX века, но они оказались не очень продуктивными — алмазы были настолько крошечными, что их нельзя было использовать для изготовления ювелирных изделий. 90-95% алмазов используются в промышленных целях. Уникальным месторождением является Аргайл, где были обнаружены редчайшие розовые алмазы.
Кибберлитовые трубки распространены в России, Канаде и Африке — именно там они были впервые обнаружены. В 19 веке там был найден алмаз весом 85 каратов, который произвел фурор среди искателей драгоценных камней. Алмазная лихорадка привела к тому, что несколько лет спустя был обнаружен камень весом 428,5 карата — его окрестили De Beers. Единственное место, где нет месторождений алмазов, — это Антарктида, что вполне логично, учитывая особенности ее формирования.
Особенности
Довольно много людей держали в руках алмазный камень. Но когда речь заходит о происхождении этого важного драгоценного камня, ситуация становится намного хуже. Даже опытные минералоги и геологи не могут с уверенностью сказать, какая из версий верна.
Алмазы появились задолго до нашей эры. Пройти мимо камня с такими необычными свойствами было невозможно.
По этой причине выдвигались различные гипотезы, призванные «объяснить» появление алмаза.
Одна из древних легенд гласит следующее:
- кристаллы алмаза – это живые существа;
- они могут относиться к разным полам;
- эти организмы «поглощают небесную росу»;
- они могут увеличиваться в размерах и даже размножаться.
В древнеиндийской мифологии говорилось, что алмаз появляется в природе, когда пять основных принципов природы собираются вместе. К ним относятся:
В древних рукописях сразу же отмечалось, что алмаз очень твердый и обладает необыкновенным блеском. Часто писали, что этот минерал можно найти «в скале, в море и в холмах над золотыми приисками».
В легендах о Синдбаде-мореходе говорится, что где-то есть довольно глубокое ущелье, на дне которого спрятаны коренные залежи алмазов. Но, конечно, все это имеет мало общего с реальностью.
Древние и средневековые люди должны вступить в свои права. Поиск истинной причины возникновения алмазов показывает, что человеческое мышление никогда не стояло на месте. Однако первые серьезные версии его появления смогли сформулировать только после 1797 года, года, когда был определен точный химический состав минерала.
Вскоре после этого было обнаружено, что разница между алмазом, графитом и различными сортами углерода обусловлена расположением атомов в кристаллической решетке.
Версии
«Земляне»
Суть концепции заключается в том, что эти минералы образовались в результате движения магмы. Считается, что большинство из них образовалось не более 2,5 миллиардов лет назад и не более 100 миллионов лет назад. Это происходило на глубине около 200 километров. Там на графит одновременно воздействовали высокие температуры около 1 000 градусов и давление в 50 000 атмосфер.
Один из вариантов теории предполагает, что полудрагоценные камни образовались уже на поверхности Земли.
Это произошло в результате застывания лавы, вступившей в контакт с воздухом. Проблема заключается в том, что температура и давление в такой ситуации не очень высоки. По этой причине данная идея не очень популярна среди экспертов.
Альтернативная гипотеза заключается в том, что драгоценные камни образовались из ультраосновных пород.
Лишь позднее, когда магма поднялась на вершину, камень был выброшен вместе с ней. К этому подходу склоняется подавляющее большинство геологов. Промежуточный вариант гласит, что алмазы образуются, когда магма уже начала свое движение вверх, но еще не достигла выхода.
Сторонники этой гипотезы утверждают, что во время подъема должно происходить укрепление кристаллических решеток.
Такие структурные изменения значительно упрочняют сам камень и придают ему свойства, которые так высоко ценятся на сырьевом рынке.
Бывшие месторождения алмазов, связанные со старыми кимберлитовыми месторождениями и трубками, становятся все более редкими. А спрос на камни велик. Иногда жители вулканических районов добывают самый твердый минерал из застывшей лавы вскоре после извержения. Но не только вулканические процессы создают условия для его появления, и некоторые исследователи алмазов смотрят не только в глубины земли, но и вверх.
«Гости из космоса»
Целые алмазы (или отдельные алмазные частицы) часто находили при исследовании фрагментов метеоритов. Качество этих минералов было превосходным.
Однажды, когда метеорит упал на территорию США, в стенах кратера были найдены драгоценные камни. Однако они несколько отличались от обычных образцов. По некоторым данным, разница заключается в структуре кристаллической решетки, что не отражается на их внешнем виде.
Некоторые эксперты считают, что алмазы уже находятся внутри метеоритов. Когда они растворяются, камни оказываются «снаружи».
Недостатком этой версии является то, что появление твердой формы графита при возникновении «космической кальдеры» маловероятно.
Более популярна версия, согласно которой камень появляется уже при ударе о земную поверхность. Во время этого процесса выделяется значительная механическая и тепловая энергия.
По этой причине и температура, и давление в центре (где останется кратер) резко возрастают. Эти факторы приводят к характерной трансформации углерода.
Известно, что в кратере астероида Попигай, появившегося 35 миллионов лет назад, содержится множество алмазов. Однако их не увидишь нигде на полках ювелиров — эти камни очень малы и пригодны только для технического применения.
Спектрографические наблюдения показали, что в атмосфере Солнца присутствует углеродный газ (в чистом виде или в сочетании с азотом и водородом). Астрономы и космологи считают, что этот элемент также присутствовал в огромных сгустках газа и пыли, которые были предшественниками всех планет. При охлаждении газы сжижались. Постепенно жидкости рассеялись по всей массе, причем более тяжелые опустились на дно, а более легкие всплыли наверх.
Как появляются?
Сегодня это один из самых популярных кристаллов, но ученые до сих пор точно не знают, как он образовался. Единственное, что можно сказать с уверенностью, это то, что драгоценный камень образовался в результате сильного давления на углерод. Этот элемент сначала превращается в графит и только потом в алмаз.
Несмотря на всю неопределенность, существует несколько теорий о том, как образуется этот камень в природе. Всего существует три возможных теории:
- метеоритную;
- космическую;
- земную.
Метеоритное происхождение
Эта теория была впервые выдвинута в 1888 году. Эта теория была впервые выдвинута в 1888 году. В 1888 году ученые исследовали метеорит Новы-Урей, в котором был обнаружен светящийся кристалл. Позже появился еще один подобный случай, и ученые выдвинули гипотезу, что камень появился в результате столкновения космических тел. Породы, в которых встречается этот минерал, называются краститами. Когда карбонатное тело попадает на поверхность Земли, оно подвергается воздействию высоких температур и давления. В этих условиях неметаллический материал превращается в кристалл.
Стоит отметить, что эти камни не добываются в больших количествах, так как они имеют умеренные размеры. Различают также синтетическое происхождение. Такие экземпляры являются искусственными аналогами, которые продаются по приемлемой цене.
Экзотика
Чистый углерод встречается в природе в различных основных формах. Самая известная форма — графит. В этом материале атомы углерода расположены слоями. В каждом слое атомы углерода расположены по углам гексагональной (шестиугольной) решетки. Слои довольно слабо связаны друг с другом. Благодаря этой (то есть слабой) связи Константину Новоселову и Андрею Гейму удалось в 2004 году изготовить графен, то есть всего один слой графита, с помощью обычной клейкой ленты, но это уже совсем другая история.
Надо сказать, что алмаз не является самой твердой аллотропной модификацией углерода. В настоящее время это звание принадлежит специально обработанному лонсдалиту. Его решетчатая структура напоминает структуру алмаза, поэтому этот материал также называют гексагональным алмазом. Компьютерное моделирование показало, что обработанный образец лонсдалита разрушается при давлении в 152 гигапаскаля. Подобные материалы образуются при падении метеоритов.
Алмаз — греческое слово «адамас», кстати, означает «неразрушимый» — является прямым родственником графита и углерода или, как говорят ученые, аллотропной модификацией углерода (например, алмаз практически бесследно сгорает при температуре 2000 градусов Цельсия в струе кислорода и превращается в углекислый газ). Атомы углерода в нем расположены иначе, чем в графите. Атомы расположены в кубической решетке с центральной гранью, причем каждый атом углерода находится в центре тетраэдра, вершинами которого являются четыре соседние вершины. Именно такое расположение атомов объясняет, в частности, необычайную твердость алмаза — образец разрушается при давлении 97 ГПа.
Следует отметить, что эта модификация углерода всегда привлекала внимание своими необычными оптическими свойствами. Алмаз обладает высокими показателями преломления и дисперсии. Следовательно, при правильной огранке (т.е. когда он по сути является алмазом) он красиво блестит и, помимо прочего, разлагает свет на спектральные составляющие. Из-за этого в целом интересного, но, с научной точки зрения, незначительного свойства алмазы относят к драгоценным камням. Сегодня алмазы широко используются в промышленности благодаря своей твердости.
Как появляются алмазы? С геологической точки зрения существует несколько вариантов. Поскольку немецкие и канадские ученые, упомянутые в начале, интересовались наиболее распространенным — магматическим — способом, мы начнем с наименее вероятного. Ученым известно, что алмазы образуются как при колоссальном давлении в 50 000 атмосфер, так и при относительно низких температурах — от 900 до 1 300 градусов Цельсия. По мнению исследователей, такие условия могут возникать, например, при падении метеоритов. Такие алмазы найдены, например, в Попигайском кратере в Сибири.
Еще один крайне редкий метод — превращение графита в алмазы. Хотя эти два материала связаны между собой и похожий метод добычи алмазов был описан в «Утиных сказках» (Скрудж Макдак использовал арахис, чтобы привлечь слонов, которые, топча их, превратили уголь в истощенном месторождении в алмазы), в мире есть только одно месторождение, где алмазы были созданы в результате такого процесса. Это месторождение Кумдыкуль в Северном Казахстане, в 25 километрах к юго-западу от города Кокшетау. Алмазы здесь образовались в результате погружения углеродистой осадочной породы в мантию Земли. Такие алмазы называются метаморфическими (то есть преобразованными под воздействием температуры и давления).
Лучшие друзья девушек
Следует сказать, что у этой теории есть слабое место. Как уже говорилось, алмазы горят. Конечно, в мантии Земли нет чистого кислорода, но длительное пребывание алмазов в раскаленных глубинах все же должно привести к их разрушению. Из этого следует, что упомянутая выше особая магма поднимается на поверхность очень и очень быстро. Ранее геологи обходили эту деталь стороной (она поднимается и поднимается, что поделаешь), поэтому точные причины этого процесса были неясны.
В новой работе ученые использовали специальный расплав, чтобы извлечь из глубин Земли вещество, похожее на магму. Расплав содержал в основном большое количество карбонатов — солей угольной кислоты. Ученые предположили, что в процессе своего жизненного цикла такая магма сталкивается с магмой, содержащей большое количество пироксена (группа минералов, которые часто образуют горные породы и содержат кремнезем). Это многократно снижает способность расплава растворять всевозможные вещества — например, углекислый газ.
Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи добавили в расплав пироксены и стали ждать. По словам Келли Рассела, одного из ученых, он был потрясен, когда горячее вещество буквально через 20 минут превратилось в пену. Из этого ученые сделали вывод, что такие очаги пены вполне могут образовываться на глубине около 150 километров.
