Алмазы c сухим льдом внутри

Что такое CO₂-алмазы?

CO₂-алмазы — редкие природные алмазы, содержащие внутри маленькие кристаллы твёрдого сухого льда (диоксида углерода, CO₂). Обычно сухой лёд находится в этих алмазах под давлением 20-50 тысяч атмосфер. У CO₂-алмазов есть ряд характерных признаков:

• CO₂-алмазы обладают коричневым цветом с зелеными, оранжевыми, розовыми оттенками. В среднем менее 1% коричневых алмазов можно отнести к CO2-алмазам.
• У них часто встречается сильная зональность — цвет распределен в алмазах в форме полос или пятен.
• В отличие от большинства коричневых алмазов, CO₂-алмазы не меняют цвет при высокотемпературном отжиге (HPHT-отжиге).
• В окрашенных зонах CO₂-алмазов встречаются очень тонкие кристаллы в форме пластинок и игл. Эти кристаллические включения могут быть от прозрачных бесцветных до чёрных и иметь сглаженную или чёткую форму.
• Для CO₂-алмазов характерно зеленовато-желтое свечение под ультрафиолетовым светом. После выключения ультрафиолетовой лампы иногда в течение нескольких минут можно наблюдать желтое послесвечение.

Геологическое значение алмазов

Алмазы не имеют себе равных — они хранят образцы вещества древней Земли. При росте алмазы часто захватывают образцы окружающей ростовой среды и способны выносить эти пробы на поверхность. Рост алмазов происходил уже 3.5 миллиардов лет назад, так что алмазы несут детальную информацию о древнейшей истории нашей планеты. Алмазы являются уникальными инструментами изучения мантии Земли потому, что после роста почти не обмениваются веществом со своим окружением. Это значит, что включения древних алмазов напрямую отражают именно ту среду, в которой они выросли миллиарды лет назад.

Научные результаты

Нахождение в алмазе CO₂ под давлением в десятки тысяч атмосфер очень интересно с точки зрения геологии и геохимии. При таких давлениях CO₂ должен был бы реагировать с минералами верхней мантии, например, с перидотитами, эклогитами или пироксенитами. Изучение таких уникальных образцов, как CO₂-алмазы, дает бесценную информацию о строении Земли. Особенно полезно точное определение давления, под которым находится CO₂ в камне. Это позволяет рассчитать глубину, на которой рос алмаз.

О существовании алмазов с сухим льдом внутри было известно уже в 1990-x годах, но в какой именно форме находится CO₂ было непонятно. Высказывалась гипотеза, что CO₂ может располагаться в виде отдельных молекул, зажатых кристаллической решеткой алмаза. По альтернативной гипотезе CO₂ находится в виде маленьких кристалликов льда, содержащих сразу тысячи или миллионы молекул.

Сотрудники МГЛ вместе с коллегами детально изучили CO₂-алмазы с помощью инфракрасной спектроскопии. У них впервые получилось однозначно доказать, что CO₂ находился в виде сухого льда — твердой фазы CO₂-I. Исследователи высказали предположение, что сухой лед в таких алмазах может быть смешан с примесями, например, твердым азотом или водяным льдом. Это позволяет объяснить и переосмыслить полученные раннее результаты, в том числе глубину роста CO₂-алмазов. Кроме того, авторы дали рекомендации, которые позволят в будущем точнее определять глубину происхождения CO₂-алмазов.

Список литературы

1.  M. Schrauder, O. Navon, Solid carbon dioxide in a natural diamond, Nature 365 (6441) (1993) 42–44.
2.  T. Hainschwang, F. Notari, E. Fritsch, L. Massi, B. Rondeau, C.M. Breeding, H. Vollstaedt, HPHT treatment of CO₂ containing and CO₂-related brown diamonds, Diam. Relat. Mater. 17 (3) (2008) 340–351.
3.  I. Chinn, A Study of Unusual Diamonds From the George Creek K1 Kimberlite Dyke, Colorado (PhD Thesis), University of Cape Town, 1995.
4.  Evgenii P. Barannik, Andrey A. Shiryaev, Thomas Hainschwang, Shift of CO₂-I absorption bands in diamond: A pressure or compositional effect? A FTIR mapping study, Diamond and Related Materials, Volume 113, 2021, 108280.