Не счесть каритов

Новый тип алмазов обнаружен в метеоритных кратерах

— Татьяна Григорьевна, что это за минерал и чем он отличается от тех, из которых делают ювелирные украшения?
— Алмазы, используемые в ювелирном деле, — это крупные монокристаллы высокого качества с уникальными декоративными свойствами, делающие их редкими, дорогими драгоценными камнями. Однако известны и другие типы алмазов, например, импактные ­микро- и нанокристаллические. Ювелирной ценности они не имеют, но обладают ценными техническими свойствами. Импактные (ударные) алмазы образуются при падении на Землю крупных метеоритов. В России эта тема особенно детально изучалась в 70-80-е годы прошлого века, когда были выявлены крупные алмазоносные астроблемы, или метеоритные кратеры. В переводе с древнегреческого астроблема означает «звездная рана». Самые большие из них достигают сотен километров в диаметре. Сейчас в мире известны около 200 кратеров, многие из которых содержат большое количество полезных ископаемых, в том числе алмазов.
Катастрофические падения астероидов вызывают интенсивные изменения геологического строения отдельных участков земной коры, изменение климата и фиксируются в стратиграфических горизонтах на большой территории. Многие ученые считают, что динозавры вымерли на Земле на рубеже мезозоя и кайнозоя в результате изменения климата, вызванного падением крупного астероида около 66 миллионов лет назад, когда образовался ударный кратер Чиксулуб диаметром около 180 км на полуострове Юкатан (Центральная Америка).
Самые крупные ударные кратеры на территории России — Попигайская (100 км в диаметре), Карская (60-120 км) и Пучеж-Катунская (80 км) астроблемы, каждая из которых в разной степени алмазоносна. В 70-80-е годы прошлого века под руководством выдающегося российского ученого В.Л.Масайтиса в Красноярском крае, на территории Попигайского кратера, были обнаружены и подсчитаны гигантские запасы импактных алмазов, превышающие ресурсы всех известных мировых алмазных месторождений вместе взятых. Однако из-за удаленности и сложной технологии извлечения разработка этих месторождений была признана неэффективной. Карская же астроблема по сравнению с Попигайской гораздо доступнее — находится всего в 200 км от Воркуты — поэтому мы считаем перспективным продолжение изучения ее алмазоносности и потенциала в плане других полезных ископаемых.
— Как был обнаружен карит и что он собой представляет?

— Находка была сделана в результате детального исследования импактитов Карской астроблемы — это попутный результат изучения так называемых апоугольных алмазов по проекту РФФИ. Такие алмазы образовались в Карской астроблеме в результате падения астероида на черные сланцы — осадочные породы, содержащие рассеянное углеродистое вещество. Впервые они были описаны в начале 80-х годов XX века В.А.Езерским в ходе детального изучения Карского кратера под руководством В.Л.Масайтиса. Исследуя эти алмазы в карских импактитах, мы обнаружили в выделенных алмазных концентратах необычные коричневые, бежевые и бесцветные прозрачные частицы, выглядевшие как фрагменты древесных волокон. Они были хрупкими, но очень твердыми и не растворялись при интенсивной термохимической обработке кислотами и щелочами. Их изучение оказалось непростым делом, пришлось обратиться за современной инструментальной помощью высокоразрешающими методами в различные ведущие российские и зарубежные научные центры. После детальных исследований стало ясно: размер кристаллитов в карите составляет всего 2-5 нанометров, что позволяет отнести их к ультрананокристаллическим алмазам.
Обнаруженные необычные частицы являются алмазными фоссилиями (минерализованные органические остатки), сохранившими реликты «живой органики». Удивительно, но они имеют тонкую клеточную морфологию. Это первая находка ультрананокристаллического алмаза в природе с размерами кристаллитов 2-5 нанометров. Мы дали полное минералогическое описание карита и рассмотрели возможный механизм его образования. Результаты опубликованы в журнале Geoscience Frontiers.
— Как же образовался этот тип алмаза?
— Это произошло в результате высокоскоростного удара метеорита о породы, содержащие углерод. В зависимости от исходного вещества механизм формирования и конечные продукты различаются. При шоковом ударе по графиту происходит искажение его кристаллической решетки, атомарные слои графита гофрируются, изменяется электронное состояние атома углерода, образуются чешуеобразные алмазные частицы, имеющие форму исходных чешуек графита. Образование алмаза в результате удара по углю и органике — это более сложный многостадийный процесс. При интенсивном импактном воздействии из-за колоссального повышения давления и температуры органика начинает плавиться, разлагаться и частично испаряться, из нее удаляются водород, кислород, азот, и остается углерод, кристаллизующийся путем локальной диффузии в алмаз или другие фазы углерода: графит, стеклоподобный углерод, карбин.
— Чем ценна для науки и практики ваша находка?
— Ювелирной ценности импактные алмазы не имеют. Но они могут стать хорошим подспорьем при исследовании состояния вещества, получаемого в экстремальных условиях, т. е. своеобразным прототипом для разработки перспективных углеродных материалов, необходимых, например, для микроэлектроники нового поколения. На примере карита технически легче изучать физические свойства ультрананокристаллических алмазов. Не исключено, что и сам карит получит практическое применение. По нашим оценкам, он обладает уникальными прочностными, оптическими, электронными свойствами и в перспективе может расцениваться как полезное ископаемое. Содержание карита составляет десятки и даже сотни карат на тонну, а иногда и гораздо больше.
Но этим ценность находки не исчерпывается. Она имеет фундаментальное значение для планетарной геологии в целом, а также для развития астробиологических гипотез происхождения жизни на Земле. Обнаружение алмазных фоссилий говорит о том, что любое органическое вещество может быть преобразовано до алмаза в импактном процессе. А тот факт, что фрагменты «живой органики» могут сохраняться в условиях экстремальных температур и давлений, служит аргументом в пользу теории, согласно которой жизнь могла быть принесена на Землю с метеоритами.
— Каков вектор ваших дальнейших исследований?
— Судя по наличию и распространению алмазных фоссилий в Карской астроблеме, можно предположить, что карит имеется и в других крупных метеоритных кратерах. В прошлом году мы начали исследовать импактиты астроблемы Арагуаинья (Бразилия). В породах его мишени диаметром около 40 километров также есть черные сланцы.