Алмазы дают возможность заглянуть в прошлое Земли на 1 миллиард лет, — ученые

Фото: Yaakov Weiss

Группа исследователей из Колумбийского университета придумала способ решить две давние загадки: какой возраст отдельных жидких алмазов и какой химический состав их исходного материала. Исследование позволило им воссоздать геологические события, произошедшие более миллиарда лет назад. Это потенциальный прорыв не только в изучении алмазов, но и в планетарной эволюции, сообщает Scitechdaily

Алмазы ювелирного качества представляют собой почти чистые углеродные решетки. Эта элементарная чистота придает им блеск. Но это также означает, что они несут очень мало информации о своем возрасте и происхождении. Однако некоторые образцы более низкого качества имеют недостатки в виде крошечных карманов с жидкостью – это остатки более сложных жидкостей, из которых произошли кристаллы. Анализируя эти жидкости, ученые в новом исследовании определили времена, когда формировались различные алмазы, и меняющиеся химические условия вокруг них.

"Это открывает окно или даже дверь к некоторым из действительно важных вопросов об эволюции недр Земли и континентов", — говорит Яаков Вайс, научный сотрудник Обсерватории Земли Ламонт-Доэрти при Колумбийском университете. "Мы впервые можем узнать достоверный возраст этих жидкостей".

Считается, что большинство алмазов образуются на глубине от 150 до 200 километров под поверхностью в относительно прохладных каменных массивах под континентами. Этот процесс может длиться 3,5 миллиарда лет и, вероятно, продолжается сегодня. Иногда их выносило вверх мощными глубокими извержениями вулканов, называемыми кимберлитами.

Многое из того, что известно об алмазах, получено в результате лабораторных экспериментов и исследований других минералов и горных пород, которые образуются с алмазами или иногда даже заключены в них. 10 алмазов, изученных учеными, были добыты на рудниках, основанных в Кимберли и его окрестностях, в Южной Африке.

"Нам нравятся те алмазы, которые на самом деле никому не нужны", — говорит Вайс, — "волокнистые, грязные образцы, содержащие твердые или жидкие примеси, которые не могут считаться ювелирными изделиями, но несут потенциально ценную химическую информацию".

До сих пор большинство исследователей сосредотачивались на твердых включениях, таких как крошечные кусочки граната, для определения возраста алмазов. Но возраст, который показывают твердые включения, может быть спорным, потому что включения могли образоваться, а могли и не образоваться одновременно с самим алмазом. С другой стороны, инкапсулированные жидкости — это вещество, из которого образовался сам алмаз.

Вайс и его коллеги нашли способ определить возраст жидкости. Они сделали это, измерив следы радиоактивного тория и урана и их отношения к гелию-4, редкому изотопу, образующемуся в результате их распада. Ученые также выяснили, с какой максимальной скоростью маленькие подвижные молекулы гелия могут вытекать из алмаза — без этих данных выводы о возрасте, основанные на содержании изотопа, были бы не верными.

Ученые определили три отдельных периода образования алмазов. Это происходило в разных каменных массивах, которые в конечном итоге объединились в современную Африку. Самый старый период датируется от 2,6 миллиарда до 700 миллионов лет назад. Включения жидкости того времени имеют особый состав, чрезвычайно богатый карбонатными минералами. Этот период также совпал с образованием на поверхности огромных горных хребтов, по-видимому, из-за столкновений и сдавливания плит.

Следующая фаза образования алмазов охватывала возможные временные рамки от 550 до 300 миллионов лет назад, поскольку протоафриканский континент продолжал перестраиваться. В это время, как показывают включения, жидкости были с высоким содержанием минералов кремнезема, что указывает на изменения подземных условий. Этот период также совпал с другим крупным эпизодом горообразования.

Самая последняя известная фаза произошла между 130 и 85 миллионами лет назад. И снова состав жидкости изменился: теперь в ней было много солевых соединений, содержащих натрий и калий. Это говорит о том, что углерод, из которого сформировались эти алмазы, пришел не непосредственно из недр земли, а, скорее, со дна океана, которое было унесено субдукцией под континентальную массу.

Ученых заинтриговало одно открытие. По крайней мере, в одном алмазе была заключена жидкость как самой старой, так и самой молодой эпох. Это доказывает, что к старым кристаллам можно добавлять новые слои, позволяя отдельным алмазам развиваться в течение длительных периодов времени.

Это случилось в конце этого самого последнего периода, когда Африка в значительной степени приняла свой нынешний облик, когда большое количество извержений кимберлитов вынесло все алмазы, изученные учеными, на поверхность.

По словам ученых, крошечные капельки в алмазной оболочке представляют собой редкий способ связать события, произошедшие давным-давно на поверхности, с тем, что происходило в то же время в недрах Земли.

По словам Вайса, новые данные вряд ли помогут геологам найти новые месторождения алмазов. Но, по его словам, этот метод может быть применим к другим алмазодобывающим регионам мира, включая Австралию, Бразилию, север Канады и Россию, чтобы разобраться в истории недр этих регионов и получить новое представление о том, как развиваются континенты.