Среди множества драгоценных камней существует один, обладающий уникальными свойствами и историей происхождения, которые выделяют его среди всех остальных. Алмаз - самый дорогой в мире самоцветов. Но его ценность не ограничивается использованием в ювелирных украшениях. О том, как выглядит алмаз, каковы его история и использование, и пойдет речь ниже. Развитие науки, современных технологий открыло многие замечательные свойства этого камня, прежде незнакомые людям.
Происхождение
Нет в мире самоцвета с более простым составом, чем алмаз. Камень, который стоит огромных денег, и простой кусок угля практически на сто процентов состоят из одного и того же элемента - углерода. Однако рождение алмаза - непростой процесс.
Самой общепринятой теорией его происхождения является магматическая. Согласно ей, алмаз образуется из атомов углерода на глубине свыше 200 км от земной поверхности под воздействием огромного давления в 50 000 атмосфер. На поверхность мелкие россыпи кристаллов выносят потоки магмы, где они и остаются в так называемых кимберлитовых трубках. На фото ниже - объект под названием «Мир», самая крупная по состоянию на 1950 год алмазоносная трубка в Якутии.
Существуют и так называемые вторичные месторождения на берегах рек в разрушенных породах.
Кроме того, есть алмазы, принесенные на Землю из космоса метеоритами. Некоторые ученые предполагают, что метеориты непосредственно могли стать причиной рождения самоцветов в результате удара о поверхность Земли с огромной скоростью.
Человек, не знающий, как выглядит алмаз, скорее всего, пройдет мимо невзрачного мелкого камушка с матовой или шероховатой поверхностью. Именно в таком виде его находят в горных породах.
Строение и свойства
Как уже говорилось выше, алмаз в основном состоит из чистого углерода. Специфическое строение атомов этого элемента и обуславливает удивительные свойства самоцвета.
Кристаллическая решетка имеет форму куба, в каждой вершине которого располагается атом углерода. Кроме этого, в центре находятся дополнительные четыре атома, что и служит причиной высокой плотности минерала.
Алмаз - драгоценный камень, который при этом является еще и самым твердым. По условной шкале Мооса он имеет максимальное значение среди всех минералов, выбранных для сравнения.
Самоцвет обладает свойством люминесценции при попадании в него заряженных частиц. Таким образом, камень служит индикатором, с помощью которого можно определить наличие радиоактивных веществ. При этом возникают вспышки света и электрические импульсы.
Алмаз совершенно невосприимчив к воздействию самых сильных кислот. Однако его можно окислить в щелочных растворах соды или селитры.
Алмаз - драгоценный камень, который можно поджечь с помощью обычного увеличительного стекла. Температура возгорания - от 700 градусов.
Добыча
Разработка алмазов - очень дорогостоящее и трудоемкое мероприятие. До XIX века драгоценные камни добывали преимущественно во вторичных месторождениях, образовавшихся в результате разрушения горных пород, где и скрывались алмазы. Лопатами загребали речной песок и просеивали в специальных ситах.
Более крупные запасы все же хранятся в первичных породах, в так называемых кимберлитовых трубках.
Добираются до залежей в два этапа. Взрывчаткой углубляются в землю на 600 м, а затем уже прокладывают шахты, чтобы достичь цели.
Добытую руду вывозят на фабрики, где ее промывают и измельчают. Требуется просеять и выбрать около сотни тонн породы, чтобы найти драгоценных камней на 1 карат. Затем происходит отбраковка с помощью воды и рентгеновского излучения, и необработанные алмазы отправляются огранщикам.
Месторождения
Человек, в детстве читавший увлекательный приключенческий роман «Похитители бриллиантов», уже знает, что в XIX веке алмазы добывали на территории Южной Африки. ЮАР и поныне входит в пятерку стран, лидирующих по добыче этих драгоценностей.
Тем не менее районы добычи алмазов разбросаны по всему свету. Одним из крупных месторождений является Фукаума. Благодаря этому Ангола занимает пятое место в мире по этому показателю.
Однако лидер среди всех стран по количество алмазных шахт - это Ботсвана. Промышленную разработку здесь начали в середине прошлого века.
Не отстают от африканских стран и северные государства. Канада ежегодно добывает алмазов на полтора миллиарда долларов. Главным месторождением страны является Экати.
Каждый житель России наслышан о знаменитых якутских алмазах. Кроме этого, крупные месторождения находятся в Архангельской и Пермской областях. Всего РФ разрабатывает алмазной продукции на 2 млрд долларов каждый год.
Когда-то много месторождений было в Австралии. Однако большинство из них истощены. Но в шахте Аргиль добывают очень редкие розовые камни.
Технический алмаз
Не всякий самоцвет пригоден для использования в ювелирных целях. Камни, имеющие дефекты, посторонние примеси, вкрапления, считаются техническими.
Также они отличаются более мелкими размерами, неправильной формой, не позволяющей превратить самородок в сверкающий бриллиант.
Применение
Алмаз - камень, который невозможно обработать никаким иным материалом. Самый твердый металл даже не сможет оставить царапину на драгоценном камушке. Лишь диски, покрытые алмазной пылью, способны огранить благородный минерал и превратить его в бриллиант.
Твердость минерала - качество, незаменимое для строительных работ. Алмазные сверла, режущие диски, абразивные шлифовальные круги позволяют обрабатывать бетон и самые твердые природные камни без повреждения их структуры.
Бурный скачок в развитии электроники еще более увеличил спрос на алмазы.
Их уникальные оптические свойства делают их незаменимыми при изготовлении высокоточных приборов, микросхем.
Широкое применение находят камни и в медицине. Чтобы причинить как можно меньше вреда тканям человека, толщина скальпеля должна быть минимальной. Кроме того, широкие перспективы имеет применение медицинских лазеров, где используют кристаллы алмазов.
Инертность драгоценного камня и невосприимчивость к действию кислот делают его отличным материалом для изготовления емкостей, используемых в химических экспериментах.
Повторяя природу
Бурное развитие техники, промышленности требует все большего количества алмазов. Также никогда не падает спрос на бриллианты, используемые при изготовлении ювелирных украшений. Однако природные месторождения самоцветов истощаются с каждым годом. Остается единственный выход - производство синтетических камней.
Существует два основных способа, в результате которых можно получить искусственный алмаз. Первый повторяет условия, при которых камень образуется в природе. В специальных камерах, способных выдержать экстремальные параметры, воссоздается высокая температура и давление в 50 000 атмосфер. При этом графит вступает в реакцию с металлом, служащим катализатором, и осаждается на мелком кристалле алмаза, который является основой для будущего синтетического камня. Процесс выращивания занимает в лаборатории до 10 суток.
Второй известный способ - метод осаждения.
В герметично закрытой камере полностью выкачивают воздух и разогревают пары водорода и метана микроволновым излучением. Углерод выделяется из метана и оседает на основе. Этот способ незаменим при изготовлении оборудования и инструментов с несколькими слоями.
Тем не менее искусственный алмаз получить не так просто, все эти методы довольно дорогостоящие.
Различные виды
Существует множество разновидностей этого драгоценного минерала. Когда человек представляет, как выглядит алмаз, на ум сразу приходит бесцветный камень. Однако природа окрасила благородный самоцвет в самые разные цвета.
Самые распространенные алмазы имеют желтоватые оттенки. Чем ярче выражен цвет - тем дороже камень.
Частицы бора могут придавать алмазу синий оттенок. Такие самоцветы встречаются очень редко и стоят баснословных денег.
Часто камни окрашивают искусственным способом.
Зеленые минералы ассоциируются в первую очередь с изумрудами. Однако под воздействием радиации окрашиваются в этот цвет и алмазы.
Воздействуя на распространенный желтый самоцвет высокой температурой и давлением, можно получить голубой камень. Такие алмазы высоко ценятся и быстро расходятся на аукционах
Самыми дорогими и редкими являются красные камни. В природе они встречаются только в одном месторождении в Австралии.
Алмаз и бриллиант
Одним из главных достоинств драгоценных камней в ювелирном деле является игра света, блеск. Необработанные алмазы довольно невзрачны на первый взгляд. Чтобы превратить шероховатый невзрачный камушек в роскошный бриллиант, требуется отдать его в руки огранщика.
Именно после обработки раскрывается вся красота самоцвета. Существует несколько способов огранки. Все зависит от формы исходного образца.
Для круглых камней используют бриллиантовую огранку. Ступенчатый способ характерен для прямоугольных образцов. Метод, когда от основания грани сходятся к вершине, называется розой. В любом случае целью огранщика является обработать алмаз таким образом, чтобы свет, попадая в бриллиант, не выходил наружу и играл всеми цветами радуги на его гранях.
Как не нарваться на подделку
Высокая стоимость драгоценных камней привлекает мошенников всех сортов. Коллекционеров волнует вопрос о том, как отличить алмаз от искусно выполненной подделки. С помощью простых способов подлинность самоцвета можно определить и в домашних условиях.
Бриллиант сильно рассеивает свет. Если направленный через камень яркий луч света сохраняет свою интенсивность, значит, это подделка. Также натуральный камень светится в ультрафиолетовом излучении.
Алмаз практически неистираем. Следует тщательно рассмотреть его грани через увеличительное стекло. Если они стерты, сглажены, то подлинность камня сомнительна. Разумеется, не должно быть никаких царапин, трещин.
Явную фальшивку легко определить, просто проведя фломастером или маркером по грани драгоценного камня. На подлинном линия ровная, с четко очерченными границами. Расплывчатые края, прерывистые линии - все это признаки подделки.
Алмаз обладает высокими теплопроводными свойствами. Если подышать на него, то на нем не останется следов запотевания.
Подлинность самоцвета можно определить, опустив его в какой-либо кислотный раствор. Настоящий камень перенесет это испытание без каких-либо последствий.
Сверхъестественное
Знатокам не нужно рассказывать, как выглядит алмаз - сначала необработанный, а потом ограненный. Мистическая игра света в гранях бриллианта завораживает, от камня невозможно отвести взгляд. В прошлом подобное явление вызывало целую серию примет и суеверий.
Древние египтяне верили, что самоцвет способен спасти его обладателя от ядов. Он также является оберегом, который защищает хозяина от действия черной магии.
Чтобы шли удачно дела в бизнесе, требуется сочетание бриллианта и золота. Перстень с камнем на среднем пальце приносит удачу в игре. Мужчины, желающие привлечь внимание противоположного пола, просто обязаны носить амулет с бриллиантом на мизинце.
Алмаз - драгоценный камень в полном смысле этого слова. Если стоимость других самоцветов может колебаться в зависимости от капризов моды, то спрос на бриллианты стабильно высокий. А уникальные физические свойства минерала делают его незаменимым для современных технологий.
Алмаз – минерал класса самородных элементов, аллотропная модификация углерода, кристаллизующегося по кубической сингонии. Как образуются алмазы – самое твердое неметаллическое природное вещество?
Свойства, разновидности и образование кристалла
Алмаз – «твердейший» в переводе с арабского, по-гречески – адамас, «неодолимый». Так называли в древности алмаз – минерал исключительной твердости. Тогда кристаллы использовали только как драгоценные украшения или талисманы.
Сейчас алмазы востребованы не только в качестве драгоценностей, но также различными отраслями науки и промышленности. Для ювелирных бриллиантовых украшений нужны прозрачные («чистой воды») кристаллы. Все прочие, вне зависимости от габаритов и качества, относятся к техническим. Это трещиноватые и непрозрачные монокристаллы, мелкозернистые экземпляры, кристаллические сростки.
Непревзойденной скоростью проходки скальных горных пород характеризуется алмазное бурение. Необходим минерал для обработки рубина под оси шестерен часовых и других точных механизмов. Используется в изготовлении тончайшей проволоки (диаметром 0,001 мм), при создании алмазных «жал» — так называют сверла для высверливания твердых и хрупких материалах глубокими отверстиями мизерного диаметра.
Ученых и конструкторов привлекают такие свойства минерала:
- непревзойденная твердость;
- исключительная прозрачность;
- химическая инертность;
- способность к ионизации и к электризации;
- идентичность электронной плотности с тканями человеческого организма;
- уникальная теплопроводность;
- способность быть диэлектриком и полупроводником.
Алмазные счетчики используются в широком спектре исследований: от медицинских до космических.
Алмаз в природе – мелкие тусклые зерна, не привлекающие внимания непрофессионалов. К их граням прикипели пленки, корочки иных веществ. Даже прозрачные экземпляры с правильными формами не обладают сверкающим блеском, не играют светоотражением, как это свойственно бриллианту – алмазу с ювелирной огранкой.
Обособленный природный алмаз чаще представлен в форме октаэдра (8-гранник), реже додекаэдром (12-гранником) или кубом. Грани кристаллов плоские или плоскоступенчатые. Нередко встречаются округлые экземпляры.
На образование кривогранных форм есть 2 точки зрения. Согласно первой, первоначально плоские грани в процессе кристаллизации при спаде давления частично растворились по ребрам и вершинам, что округлило минерал. Вторая утверждает: кривые грани образовались в период роста кристалла.
Поверхности алмазных граней часто с дефектами (бугорки, впадинки, трещинки, выступы), что скрадывает алмазный блеск, подменяя жирным, стеклянным.
Помимо монокристаллов в алмазных месторождениях присутствуют:
Кристаллы могут быть белыми, серыми, желтыми или черными, но обычно бесцветны. Изредка встречаются зеленоватые, голубые, розовые. Крайне редки яркие синие, красные, зеленые чистые тона. Цвет сказывается ценой ювелирных и некоторых технических алмазов.
Большинство кристаллов крошечные: их масса не более 1 карата, что равно 0,2 г — минералам свыше 50 карат подбирают название.
Преданья старины
Алмаз известен до современного летоисчисления: первые индийские находки датированы 3-им тысячелетием до нашей эры. В Европу кристаллы стали поступать в XIII веке, но попытки ювелиров обработать камень терпели неудачи вплоть до XV века.
В древности и средневековье образование алмазов объяснялось многочисленными легендами.
В одной из них говорится, что кристаллы бывают мужскими и женскими, питаются росой небесной, способны расти и размножаться. Астрологи предписывали алмазу волшебные свойства.
Образование их, как считали древние индийцы, происходит при соединении «5-ти начал природы», которые представляют вода, воздух, земля, энергия и небо. В древних книгах приводится описание непревзойденной твердости минерала и других видимые свойства. Указывается на местонахождение алмазов – они могут образовываться «на скалах, в море и на холмах, там, где есть золотые рудники».
В сказке о Синбаде-мореходе говорится, что алмазы находятся на дне необычайно глубокого ущелья.
Исторические сведения
История открытий многих месторождений драгоценного камня говорит о случайных находках кристаллов в далеком прошлом. Так случилось в Индии близ г. Голконды (блестящий камешек нашел пастух), в Бразилии, где местные жители до прихода европейцев пользовались алмазами-фишками при играх. В
Африке по берегам рек Оранжевой и Вааль аборигены обмазывали глиной с алмазами стены хижин, а их дети играли драгоценными камешками.
«Алмазная лихорадка» в округе начиналась после попадания находки в руки знатоков. Некоторые алмазные месторождения открыты попутно при промывочных работах на разработке золотых россыпей.
Химический состав минерала стал известен только в 1797 году в результате его сжигания. Англичанин Теннант установил: алмаз состоит только из 1-го элемента – углерода. Графит, уголь, сажа – совсем другие по облику и свойствам вещества, но аналогичны по составу.
Современная наука объясняет причину внутреннего сходства и внешнего различия аллотропией – существованием простых веществ одного химического элемента, но различных своим строением. Это явление обусловлено способом размещения атомов в кристаллической решетке.
Атомы в алмазе расположены с максимальной плотностью и прочно связаны друг с другом по четырем направлениям. Графит представляет сетчато-слоистая структура из параллельно ориентированных слоев. Атомы в слоях прочно связаны между собой, между слоями связь слабая. Такая структура обуславливает малую твердость и низкую плотность графита, способность к расщеплению на пластинки.
Гипотезы ученых
Как углерод мог образоваться в недрах земли? Оказывается, элемент весьма распространен в космосе. Он обнаружен в виде углей, графита, алмазов в метеоритных осколках других небесных тел.
Спектрографические исследования установили нахождение углерода в парообразном состоянии и в соединениях с водородом и азотом в солнечной атмосфере.
Он находился в гигантских газово-пылевых сгустках, из которых сформировались планеты Солнечной системы, в том числе Земля. Охлаждаясь, газообразные вещества сжижались. Под влиянием силы тяжести происходило расслоение жидкого тела: тяжелые элементы оказались в центре, легкие – над ними.
Огненно-жидкие массы с углеродом из глубин Земли вырывались через тонкую земную кору и происходили реакции соединения углерода с более легким водородом. В земной коре углерода оставалось все меньше. Сейчас его 1% от массы планеты. Предполагают, что основной объем газа находится в мантийной оболочке, где под воздействием высоких температур и давления происходят химические реакции соединения атомов углерода с атомами тяжелых металлов.
При соединении атомов углерода друг к другу происходит образование алмазов, как предполагали академики Ферсман и Вернадский.
Они разработали схему геохимического цикла углерода в различных слоях земного шара, где показаны видоизменения элемента. Его полиморфные модификации, алмаз с графитом, расположены в нижних слоях литосферы.
Точно не установлено происхождение алмазов на планете Земля, но разработано несколько гипотез. Одна из них (мантийно-магматическая) утверждает, что для обращения углерода в природные алмазы необходимы:
Коренные месторождения алмазов связаны с диатремами – отверстиями в земной коре. Расплавы магмы, насыщенные газами, взрываясь на глубинах, прорывают мантию в наиболее маломощном слое (платформы континентов). Образуются трубки, заполненные кимберлитовой брекчией – остывшим расплавом магмы, содержащей обломки горных пород прорванных слоев. Кимберлиты содержат обособленные кристаллы и разновидности минерала – борт, баллас и карбонадо.
Приверженцы другой (флюидной) гипотезы предполагают: кристаллизация алмазов происходит на сравнительно небольших глубинах при распаде метана или его частичном окислении в среде, состоящей из смеси углерода, водорода, кислорода и серы, находящихся в газовом или жидком состоянии. Для процесса алмазообразования необходимо воздействие температуры более 1000 С и давления 100-500 Па.
Метеоритная гипотеза предполагает, что алмазы образовались из углерода соударением летящих метеоритов. В обломках находят мелкокристаллические алмазы: происхождение их связывают столкновением разогретых небесных тел с углесодержащими породами Земли.
Варианты образования алмазов
Значительные объемы мелких кристаллов минерала найдены в переплавленных породах стенок гигантского кратера, образованного метеоритом, врезавшимся с огромной скоростью в горные породы каньона Дъявола (США). Здесь алмазы (лонсдейлиты) имеют гексагональную сингонию, чем отличаются от земных алмазов с кубической структурой.
Много загадок хранит наша планета. Одна из них – происхождение алмаза. Начало разгадки положено. Люди научились выращивать синтетические алмазные кристаллы.
Группа ученых из Германии и Канады определила, как именно алмазы, формирующиеся на колоссальной глубине, оказываются в кимберлитовых трубках. До недавнего времени эта важная деталь формирования самых главных драгоценных камней оставалась неясной. Теперь ученые надеются, что сделанное ими открытие поможет лучше понять динамику процессов формирования алмазов и, чем черт не шутит, поможет в будущем искать новые месторождения.
Экзотика
Чистый углерод встречается в природе в нескольких основных формах. Наиболее привычная всем - графит. В этом материале атомы углерода организованы в слои. В каждом слое атомы C располагаются в вершинах гексагональной (шестиугольной) решетки. Слои довольно слабо связаны между собой. Благодаря этому (то есть слабой взаимосвязи) Константин Новоселов и Андрей Гейм в 2004 году смогли получить графен - ровно один слой графита, используя обычный скотч, хотя это и .
Надо сказать, что алмаз не является самой твердой аллотропной модификацией углерода. В настоящее время этот титул принадлежит специально обработанному лонсдейлиту. Структура его кристаллической решетки напоминает структуру решетки алмаза, за что данный материал даже получил имя гексагональный алмаз. Как показало компьютерное моделирование, обработанный образец лонсдейлита разрушается при давлении 152 гигапаскаля. Подобные материалы образуются при падении метеоритов.
Алмаз - кстати, по-гречески "адамас", что значит "несокрушимый" - является прямым родственником графита и угля, или, как говорят ученые, аллотропной модификацией углерода (как следствие, например, при температуре 2000 градусов Цельсия в струе кислорода алмаз сгорает почти без следа, превращаясь в углекислый газ). В нем атомы углерода расположены иным образом, нежели в графите. Атомы расположены в кубической гранецентрированной решетке - каждый атом углерода расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре соседа. Среди прочего, именно подобным расположением атомов объясняется необычайная твердость алмаза - образец разрушается при давлении в 97 гигапаскаль.
Надо сказать, что эта модификация углерода издревле привлекала людей своими необычными оптическими свойствами. Дело в том, что у алмаза большие показатели преломления и дисперсия. Как следствие, в случае правильной огранки (то есть когда мы говорим по сути о бриллианте) он очень красиво сверкает, разлагая, среди прочего, свет на спектральные составляющие. Благодаря этой своей в целом интересной, но тривиальной, с точки зрения науки, особенности алмазы относятся к драгоценным камням. В наше время алмазы массово используются в промышленности благодаря своей твердости.
Как возникают алмазы? С точки зрения геологии, есть несколько способов. Так как ученые из Германии и Канады, о которых шла речь в начале статьи, интересовались наиболее распространенным - магматическим - способом, то начнем с наименее вероятных. Ученым известно, что алмазы образуются, с одной стороны, при колоссальном давлении - 50000 атмосфер - и относительно небольшой температуре - 900 -1300 градусов по Цельсию. По мнению исследователей, такие условия могут возникать, например, при падении метеоритов. К таким алмазам относят, например, обнаруженные в кратере Попигай в Сибири.
Еще один способ, крайне редкий, это превращение графита в алмаз. Несмотря на то, что эти два материала - родственники и подобный способ получения алмазов был описан в "Утиных историях" (Скрудж Макдак использовал арахис, чтобы привлечь слонов, которые своим топотом превратили уголь в истощенном месторождении в алмазы), в мире существует единственное месторождение, алмазы в котором появились именно в результате такого процесса. Это Кумдыкульское месторождение, и оно находится в Северном Казахстане, в 25 километрах к юго-западу от города Кокшетау. Алмазы образовались здесь в результате погружения углеродсодержащих осадочных пород в мантию. Такие алмазы называются алмазами метаморфогенного (то есть преобразования под действием температуры и давления) типа.
Сюда же можно отнести так называемые карбонадо - черные алмазы, относительно которых среди ученых до сих пор нет консенсуса. Согласно одному мнению, они образовались в результате падения метеорита, согласно другому - они появились из органического углерода. На это указывает, в частности, соотношение разных изотопов этого элемента в алмазе.
Кимберлит - не единственный материал, связанный с алмазами. В 70-х годах прошлого века в Австралии было открыто богатейшее месторождение преимущественно промышленных алмазов, связанное с лампроитами. Это также вулканическая порода. Примечательно, что алмазы, обнаруженные в разных породах, по свойствам почти не отличаются.
Вместе с тем обычные прозрачные алмазы формируются, с точки зрения геологии, довольно просто. Сначала происходит извержение вулкана. Если все сложилось удачно (в частности, попалась правильная магма), то в том месте, где она прорывалась на поверхность, образуется коническая кимберлитовая трубка. Порода названа так в честь города Кимберли в ЮАР, где впервые эта порода была обнаружена в конце XIX века - до этого момента алмазы находили в руслах рек (так называемые вторичные месторождения), куда они попадали в результате размыва тех же кимберлитовых трубок.
Образование кимберлитовой трубки может происходить только в случае подъема магмы со значительной глубины - примерно 150 километров, что как минимум втрое глубже залегания "обычной" магмы для вулканов. Физические условия, о которых говорилось выше, существуют только там, где располагаются кратоны - ядра материков. Именно эта особая магма поднимается с глубин и, вырываясь на свободу, дает алмазы.
Лучшие друзья девушек
Надо сказать, что в этой теории есть слабое место. Как уже говорилось выше, алмазы горят. Чистого кислорода в мантии, конечно, нет, однако длительное пребывание алмазов в раскаленной толще все равно должно приводить к их уничтожению. Из этого вытекает, что та самая особая магма, о которой говорилось выше, поднимается на поверхность очень и очень быстро. Геологи раньше обходили эту деталь стороной (поднимается и поднимается, что поделать), поэтому точные причины этого процесса были неясны.
В рамках новой работы ученые использовали специальную плавильню, чтобы получить вещество, напоминающее магму из земных глубин. В частности, расплав содержал большое число карбонатов - солей угольной кислоты. Ученые предположили, что в процессе своей жизни такая магма встречается с магмой с большим количеством пироксенов (группой минералов, часто породообразующих, содержащих кремний). Из-за этого способность расплава растворять разного рода вещества - например, углекислый газ - снижается в несколько раз.
Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи добавили в расплав пироксены и стали ждать. По словам одного из ученых, Келли Рассела, он был шокирован, когда буквально за 20 минут горячее вещество превратилось по сути в пену. Из этого ученые заключили, что подобные пенные карманы вполне могут образовываться на глубине около 150 километров.
Конец
Что же происходит, когда такой карман образуется? На огромной скорости он начинает всплывать. При этом скорость всплытия может достигать 40 километров в час. При этом карман при всплытии ускоряется. По словам ученых, это может иметь существенные последствия для теории образования алмазов. Быть может даже, это поможет в поиске новых месторождений. Как бы то ни было, но новая работа позволяет прояснить детали формирования алмазов. А дьявол, как известно, в этих деталях и кроется.
Изучение генезиса алмазов является одной из важнейших проблем геологии. Существует множество гипотез происхождения, но ни одна из них не даёт точного объяснения фактов нахождения алмазов в природе и даже самих процессов образования этого минерала. Это связано с тем, что алмазы находят в сочетаниях с разными по свойствам и условиям образования горными породами. Наибольшее количество алмазов обнаруживают в щелочных ультраосновных породах, выполняющих жилы и «трубки взрыва», например, в кимберлитах Южной Африки. Также бывают единичные находки алмазов в перидотитах. Находки в андезитах и диабазах весьма сомнительны . Обычно алмазы добываются в россыпях, причём коренные источники их неизвестны. Только последние изыскания на Архангельском Севере позволили обнаружить богатейшие коренные месторождения алмазов .
Рассмотрим некоторые из наиболее популярных гипотез происхождения природных алмазов.
Алмазы происходят от неполного окисления углеродистых водородов, подобно тому, как сера сольфатаров происходит от неполного окисления сернистого водорода, весь водород которого обращается в воду, и только часть серы обращается в сернистую кислоту. Так точно нефть производит горную смолу, а смола - графит. Итак, если подвергать медленному окислению смесь углеродисто-водородных газов и воды, то, может быть, получатся алмазы.
Природные алмазы почти полностью состоят из углерода. Это означает, что напрямую - радиоуглеродным методом, возраст алмаза не определяется. Период полураспада изотопов углерода очень быстрый. Поэтому для определения возраста алмаза используют другие косвенные методы и не по углероду, а по включениям посторонних минералов, находящихся в нём (например, по пиропу). Этот факт в корне меняет трактовку данного посыла. Возраст включений в алмазах оказывается более древним, чем возраст вмещающих осадочных пород. Сейчас геологи уже могут спорить, где включения попали в алмаз: или в мантии, или в земной коре.
Магматическая теория.
Первые научно обоснованные предположения о генезисе алмазов были высказаны геологами, изучавшими африканские кимберлитовые трубки ещё во второй половине XIX в. К этому времени относятся высказывания о происхождении алмазов в результате непосредственного воздействия магмы на пласты угля . По мнению ученых, алмазы принесены на поверхность из глубинных очагов перидотитового слоя, находившихся на глубине порядка 150 км. В настоящее время большинство исследователей считают алмазы первичной составной частью кимберлитов, но расходятся во мнениях относительно места их образования .
По мнению А.В. Вильямса (исследователь алмазоносных месторождений Африки), на какой-то гипотетической неизвестной глубине существовал резервуар расплавленной магмы, которая благодаря изменениям температуры или давления уже начала кристаллизоваться и в некоторых участках этого резервуара превращаться в ультраосновные (перидотитовые, пироксенитовые и эклогитовые) породы. Кристаллизация и затвердевание ультраосновных пород, по его мнению, продолжались длительное время, в течение которого состав первоначальной магмы изменялся, пока она не приобрела состав кимберлитовой магмы. Вместе с другими кристаллами и минералами из первоначальной магмы на большой глубине выкристаллизовался и алмаз. Также в пользу магматической теории говорит тот факт, что в кристаллах алмазов можно встретить включения других минералов, что, в свою очередь, невозможно при образовании вне высоких температур и огромном давлении. Также в пользу данной теории говорит и тот факт, что алмазы срастаются, что опять же невозможно без высоких температур и огромного давления.
В Якутии был найден уникальный алмаз весом 57,8 карата. Размер светло-лимонного камня в форме октаэдра - 17х17х22 мм. Но главная особенность алмаза в том, что он состоит из двух частей: маленький алмаз находится внутри большого . Обычно внутри кристаллов находят графит, пироп, хризолит, маленькие алмазики попадаются крайне редко. Камешек задержался в росте из-за неблагоприятных условий. Когда они изменились, вокруг него выросла оболочка из нового кристалла, а маленький камень как бы являлся подложкой для образования нового большого.
Несмотря на физическую обоснованность мантийной гипотезы и, якобы, экспериментальное подтверждение её концепции в установках синтеза алмазов при сверхвысоких давлениях, существует ряд фактов, которые не объясняются с её позиций. Приведем некоторые из них.
Факт № 1. На срезах монокристаллов алмаза под действием ультрафиолетовых или рентгеновских лучей можно увидеть картины роста алмазов, аналогичные тем, что мы видим на поперечном срезе стволов деревьев. По их виду можно судить о физических и химических условиях, окружавших алмаз в период его роста. Из этих картин видно, что каждый кристалл алмаза имеет индивидуальную историю роста, изменяющуюся во времени и отличающуюся от истории роста других алмазов того же месторождения. Этот факт противоречит мантийной гипотезе, по которой считается, что алмазы росли в одинаковых термо-баростатических условиях и, как следствие, должны иметь примерно одинаковую историю роста.
Факт № 2. Генетический и геометрический центры одного кристалла алмаза обычно пространственно не совпадают. Этот факт говорит о том, что кристаллы в процессе роста были неподвижными и обтекались каким-то потоком среды, создававшем асимметрию в скорости процесса роста разных граней кристалла. В условиях верхней мантии этого быть не может, так как магма представляет собой относительно вязкую расплавленную силикатную среду, при любых перемещениях увлекающую с собой находящиеся в ней включения.
Факт № 3. Массоспектрометрический анализ алмазов показывает, что в основном они состоят из углерода мантийного происхождения с «тяжёлым» изотопным составом. Однако встречаются также алмазы с осадочным - «облегчённым» и «сверхтяжёлым» изотопным составом углерода. Наблюдаются даже значительные вариации изотопного состава внутри одного кристалла алмаза. Известно, что углерод с уменьшенной и увеличенной, относительно мантийной, концентрацией тяжелого изотопа углерода образуется только вблизи поверхности Земли за счёт процессов химического фракционирования. В условиях верхней мантии из-за высокой температуры этого не происходит.
Нельзя считать также доказательством мантийной гипотезы и тот факт, что большинство алмазов имеет мантийный изотопный состав углерода, так как вполне возможна ситуация, когда алмазы росли в приповерхностных условиях Земли из углерода или углеродсодержащих газов в период их извержения из мантии или несколько позже этого периода .
Все выше перечисленные противоречия являются лишь частью большого числа фактов, необъясняемых мантийной гипотезой происхождения алмазов.
Немагматическая теория. Немантийная теория предполагает образование алмазов в приповерхностных условиях Земли. В пользу немагматической теории говорит тот факт, что если бы алмазы, созданные при огромных давлениях и температурах, были бы подняты на поверхность, вследствие каких-либо причин то они, либо перекристаллизовались, либо взорвались в результате изменения температуры и уменьшения давления.
Существуют различные варианты этой гипотезы.
В качестве среды образования рассматриваются расплавленная и затвердевшая магма, возникающие газовые полости, солевые расплавы и водные растворы. В качестве источника углерода - термическая диссоциация углеродсодержащих газов и обратимые химические реакции.
Внутри кристаллов сибирских алмазов случается находить органические вещества и даже тонкие веточки растений! Это не вяжется с чудовищными давлениями и глубинами эклогитовой зоны, а, наоборот, подтверждает формирование алмазов в приповерхностных слоях земной коры.
Метеоритная гипотеза. Относительно недавно алмазы были обнаружены в метаморфических породах, глубина образования которых не превышает нескольких километров. И это заставило задуматься: все ли алмазы - гости из больших глубин? Есть предположение, что алмазы могут возникать и в межзвёздном пространстве . Как сообщили учёные Чикагского университета, микроскопические частицы алмазов, которые по возрасту оказались старше планет Солнечной системы и самого Солнца, были обнаружены на некоторых метеоритах . По мнению чикагского физика Р. Льюиса, они образовались в атмосфере какой-то удалённой звезды и были выброшены в космос, когда звезда взорвалась. Правда, найденные алмазы настолько малы, что триллионы их легко можно разместить на булавочной головке .
Встречаются и более крупные алмазы, заключённые в метеоритах. Так, в 1980 году сотрудники Смитсонианского института в Вашингтоне спиливали один из металлических метеоритов, найденный в Антарктиде, но вдруг заметили, что пила перестала углубляться в него, а потом сама быстро стала утончаться. Оказалось, что внутри метеорита были алмазы. Сам по себе этот факт не был новинкой. Но ранее считалось, что алмазы образуются в метеоритах при их ударе о землю, когда резко повышаются давление и температура. Антарктическая находка не испытала такого удара. Таким образом, теперь следует считать, что алмазы в метеоритах могут существовать ещё и до удара о землю, они могут, например, образоваться в результате столкновения с астероидами .
Флюидная гипотеза. Обратимся к факту нахождения гигантских алмазов в кимберлитовых трубках. Находка алмаза - супергиганта «Куллинан» (массой 621,2 г) на глубине 9 м от поверхности в бортовой части трубки сама по себе в состоянии противостоять всей сложной аргументации мантийной теории. И вот почему. Предположим, супергигант образовался в верхней мантии под давлением в сотню тысяч атмосфер и температуре несколько тысяч градусов Цельсия. А что должно происходить дальше?
Вариант 1. В случае медленного подъёма алмаза к земной поверхности падение давления будет больше, чем падение температуры, после некой критической величины (согласно условиям фазовой диаграммы равновесия графит - алмаз) он превратится в графит. В специальной литературе это явление известно как температурный барьер. До сих пор никто не придумал, как в таких условиях можно его преодолеть.
Вариант 2. В случае быстрого подъема вступает в действие другой барьер - литостатическое давление. Алмаз находился до подъёма в сверхсжатом состоянии, под давлением, предположим, 100000 атм. Если это давление резко снять, то от алмаза ничего не останется. Разлетится он на мельчайшие обломки.
Например, на Кольской сверхглубокой существуют проблемы с подъёмом керна с больших глубин. Взрываются они в керноподъёмнике, хотя глубины относительно небольшие - всего-то 8-10 км (около 2000 атмосфер) .
Гипотеза Тапперта. Исследователь Ральф Тапперт из университета провинции Альберта, Эдмонтон, Канада, опубликовал в одном из выпусков «Geology Magazine» статью, в которой выдвигает гипотезу о том, что алмазы могут представлять собой останки морских животных, которые были преобразованы в земных недрах, на глубинах много больших, чем считалось раньше .
Наряду с проблемой происхождения алмазов большой научный интерес представляет проблема определения возраста природных алмазов. Впервые учеными составлена карта регионов Земли, в которых формируются алмазы. В своей работе геологи опирались на данные землетрясений в Южной Африке, известной своими месторождениями драгоценных камней, за период 20 лет.
Эти данные затем были соотнесены с анализом примесей более чем в 4000 алмазов. В результате ученые смогли узнать возраст камней, а также состав горных пород, в которых они формировались. За небольшим исключением их возраст исчисляется миллиардами лет .
Древние римляне полагали, что бриллианты - это осколки падающих звезд. Древние греки считали их слезами богов. Камни пленили большинство цивилизаций, если не редкостью и красотой, то полезными качествами - алмазы - самые твердые вещества на планете .
Сегодня мы знаем, что атомы углерода под большим давлением (как правило, 50000 атмосфер) и на большой (примерно 200 км) глубине формируют кубическую кристаллическую решетку - собственно алмаз . Камни выносятся на поверхность вулканической магмой. Но ещё многое в образовании алмазов покрыто тайной.
Геологи разделили алмазы на три поколения.
Первое сформировалось примерно 3,3 млрд. лет назад. Эти камни из старейших горных пород - свидетели геологического детства Земли. Все они - из Южной Африки .
Второе поколение увидело свет чуть позже - примерно 2,9 млрд. лет назад. Их россыпи обнаружены уже в различных регионах. Условия их формирования немного отличаются. Анализ примесей в этих алмазах даёт основания полагать, что они сформировались внутри горных пород, которые первоначально были дном древнего мелкого моря. Каким-то образом они были погружены на большие глубины, где отложения углерода, возможно, живых организмов, при нагревании и давлении превратились в залежи алмазов.
Третье поколение камней появилось примерно 1,2 млрд. лет назад.
Известны и самые молодые - им около 100 млн. лет, однако их мало и их происхождение труднообъяснимо.
Геологи полагают, что эра крупных алмазов закончилась, и Земля больше не формирует драгоценные камни. Возможно, тогда планета была горячее, или состав геологических пород был несколько иным. Каковы бы ни были условия, они явно изменились. Алмазы - это признак геологической молодости Земли.
Таким образом, проблема происхождения и связанная с ней проблема возраста алмазов остаётся актуальной для современной геологической науки, но одно не вызывает споров - алмазы - это уникальные минералы.
Точное время открытия алмаза на данный момент не установлено. Все дело в том, что вид необработанных минералов достаточно тривиален и не привлекает особого внимания. Первые упоминания об индийских камнях относятся еще к III тысячелетию до н.э., но использовать их в ювелирных украшениях начали лишь около 500 лет назад, после того, как мастера освоили методы бриллиантовой огранки.
В России особую любовь к ним питала Екатерина II, во время ее правления в обиход вошло понятие бриллианта, как синонима богатства и роскоши.
Название минерала на разных языках имеет схожее звучание и значение. Арабы именовали его «алмас», то есть «самый твердый», греки — «адамас», что значит «несокрушимый». Русское слово «алмаз» было введено в оборот в середине XV века путешественником Афанасием Никитиным в книге «Хождение за три моря».
Физико-химические свойства алмаза
Алмазы - прозрачные бесцветные минералы, реже имеют розовые и желтые оттенки, обладают ярким блеском и высокими показателями светопреломления.
Минерал состоит из атомов углерода, равноудаленных друг от друга на расстояние 0,15 нанометров. Атомы образуют кубическую кристаллическую решетку, обеспечивающую алмазу самую высокую твердость по шкале Мооса - 10 единиц. Однако, из-за совершенной спайности кристаллы очень хрупки, а ошибочное отождествление понятий твердости и хрупкости часто влекло за собой разрушение ценных камней.
Так была уничтожена коллекция бриллиантов французского герцога Карла Смелого, который вел междоусобную войну с королем. Наемники Людовика XI, желая проверить подлинность камней с помощью молота, превратили их в порошок.
Образование и месторождения алмаза
Трудно поверить, но алмаз и графит являются практически братьями-близнецами. И тот и другой представляют собой чистый углерод. Для того, чтобы графит кристаллизовался необходимы особые условия: давление 45 000–60 000 атмосфер и температура 900–1300 °С, которые обеспечиваются на глубине 80–150 км под землей. Вместе с вулканической магмой камни выбрасываются из земных недр, формируя при этом коренные месторождения - .
Ученым известны также минералы метеоритного происхождения, образующиеся при столкновении космического тела с поверхностью Земли. Температура в момент удара достигает 3000 °С, а давление до 100 ГПа, в этих условиях формируется алмазоносная импактная порода. «Неземные» камни были обнаружены в Большом Каньоне в США в осколках метеорита, упавшего около 30 тысяч лет назад. В Якутии тоже имеется свое подобное месторождение - Попигайская астроблема, образовавшаяся 35 млн. лет назад.
Разработка импактитов является нерентабельной из-за малого размера кристаллов, поэтому промышленная добыча ведется традиционными методами на «земных» месторождениях, которые встречаются практически на всех континентах, а наиболее крупные расположены в Южной Америке (Бразилия) , России (Якутия) , Африке (Ботсвана, Ангола) .
На данный момент признанным монополистом на рынке является американская компания , контролирующая 75% мировой добычи и оборота алмазов. Во всем мире высоко ценятся и пользуются большим спросом камни российского производства. Основной алмазодобытчик России - компания «Алроса», добывающая 95% алмазов в стране.
Природные фантазийные бриллианты компании
Помимо качественных бесцветных камней при удачном стечении обстоятельств иногда удается добыть фантазийные ярко-желтые, ярко-розовые и голубые алмазы, составляющие всего 1% от общего объема. Еще более редкими являются красные камни - алмазодобывающая компания Rio Tinto их на своем тендере всего несколько штук в год. Самыми ценными же среди цветных алмазов являются фиолетовые камни - они настолько уникальны, что цена их нередко превышает 1 миллион долларов за карат.
Отдельного внимания заслуживают . Являясь долгое время фактически отходами при добыче классически бесцветных камней, сегодня черные алмазы, и, как следствие, бриллианты задают собственный тренд в украшениях. Ювелирные изделия с черными бриллиантами зачастую становятся выбором тех, кто хочет выделиться из толпы и не любит идти на поводу у общепринятых канонов и правил.
Искусственные алмазы
Научные опыты по созданию искусственных алмазов начались в 1797 году, но первый минерал, выращенный в лаборатории, и метод его получения был запатентован американской компанией General Electric лишь в 1956 году. С тех пор технологии продвинулись настолько далеко, что сегодня многие искусственно выращенные камни совершенно неотличимы от природных без специального оборудования и большого опыта, а обычные способы распознания подделки работают далеко не всегда.
Однако, насыщение рынка такими камнями сдерживается законом спроса и предложения, так как падение цен на бриллианты невыгодно ни добытчикам натуральных ни производителям искусственных камней.
Известные аналоги природных алмазов
Стоит упомянуть наиболее распространенные камни, которые используются в украшениях вместо бриллиантов. Во-первых, это всем известные , впервые синтезированные в российском институте ФИАН. Во-вторых, это муассаниты, которые особенно сложно отличить от настоящего драгоценного камня, не имея нужных для этого знаний.
Кроме того, сравнительно недавно появились алмазы ASHA, поверхность которых покрыта слоем атомов углерода (из которого и состоит природный минерал) , что фактически делает подобный камень композитным материалом и при этом дарит ему больше блеска и «огня» по сравнению с теми же фианитами.
Отдельно стоит упомянуть ВДВТ (высокое давление, высокая температура) алмазы. Этот метод был разработан в 1950-е годы и фактически полученные в результате обработки камни являются абсолютно натуральными. Суть метода понять не сложно, если вспомнить об условиях формирования камня. В природе алмаз формируется под влиянием колоссального давления и температуры в течение определенного времени. Иногда такие камни попадают на поверхность раньше времени, представляя собой по сути «полуфабрикат». И для того, чтобы превратить его в красивый сверкающий алмаз, который в последствии будет огранен и инкрустирован, камень повторно подвергают воздействию высокого давления и высокой температуры, аналогичных природным, но уже в лаборатории. Такой алмаз остается полностью натуральным, но как бы «доработанным» людьми.
Наглядное сравнение настоящего бриллианта (в центре) с его аналогами: 1 - фианит (кубический цирконий) , 2 - муассанит, 3- бриллиант ASHA, 4 -лабораторно выращенный бриллиант
Магические и целебные свойства алмаза
Йоги при помощи алмаза лечат психические заболевания, сердце, почки, очищают печень. Воины носили перстни с бриллиантом, веря, что он придаст им силы духа и сделает непобедимыми. Кроме того, камень приносит владельцу счастье и оберегает от скверных привычек и поступков.
Кому подходит алмаз и бриллиант
Алмаз, как и бриллиант, - это камень смелых и решительных. Он требует к себе уважительного отношения и может оказаться бесполезным в руках слабого, неуверенного человека.
Алмаз - главный зодиакальный камень, управляющий всем кругом. Талисман с ним или с ограненным бриллиантом в первую очередь подходит Овнам, во-вторую - Львам. Хотя и другим знакам он не противопоказан.