Алмазы — ценнейшие природные самоцветы, и одновременно — уникальные свидетели сложнейших геологических процессов, происходящих на глубине более 150 километров от поверхности Земли. Там, в мантии, царит чудовищное давление, и именно там рождаются эти кристаллы в огненно-жидких магматических очагах. Однако путь к тому, чтобы стать частью кимберлитовой трубки — породы, которую ищут геологи, — полон опасностей. Как выяснили российские ученые из Института экспериментальной минералогии РАН и МГУ, главная угроза настигает алмаз не в глубинах, а практически у финиша, когда до земной поверхности остается рукой подать.
Оказывается, среди примерно 2500 кимберлитовых трубок на планете только 25 являются промышленно ценными. Это всего 2-3%. Почему такой высокий «отсев»? Ученые под руководством Анастасии Кузюры предположили, что виноваты не только геологические неудачи, но и… сама «скорая помощь», которая везет алмазы наверх. Этой «скорой» служит кимберлитовая магма — агрессивный, насыщенный газами и карбонатами (по сути, содой и известняком) расплав. В мантии он подхватывает алмазы и мчит их к поверхности. В пути, который занимает всего пару часов, алмазы теряют около 3–4,5% своей массы — это можно считать небольшими транспортными издержками.
Но что, если в дороге случилась пробка? В земной коре, где давление уже не такое высокое, а температура все еще достигает 1200°C, кимберлитовый поток может наткнуться на прочную кровлю из горных пород и застрять. Ученые называют это «коровым кумулятивным центром» — своего рода подземным «гаражом», где расплав задерживается на сутки, недели и даже больше. Вот здесь-то и начинается настоящий кошмар для алмаза. В отличие от быстрой транспортировки, длительная стоянка в агрессивной, богатой карбонатами магме становится для него смертельной ловушкой.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи провели смелый эксперимент. Они создали для алмазов адские условия, приближенные к реальности: давление в 1500 атмосфер (как на глубине 5–6 км) и температуру 1200°C. В роли палачей выступили расплавы разного состава — от чисто карбонатных до природных кимберлитов, а также смеси с добавлением флюидов (летучих веществ, типа воды и углекислоты). Алмазы просто помещали в эту среду и смотрели, как быстро они «худеют».
Результат оказался шокирующим даже для самих исследователей. Если «задержка» в коре составляла около 10 суток, алмазы теряли до 47,6% своей массы! А в самых агрессивных средах с добавлением флюида потери достигали почти 60%. Микроскоп показал жуткую картину: поверхность кристаллов, которая изначально была гладкой, превращалась в изъеденную коррозией пустошь. На гранях появлялись характерные «отрицательные треугольники» — фигуры травления, а сами алмазы начинали «одеваться» в графитовую пленку. Да-да, алмаз, который является самой твердой формой углерода, в этих условиях начинает превращаться в мягкий графит. Это как если бы лед в холодильнике вдруг начал превращаться обратно в воду, испортив все вокруг.
Эксперимент помог разгадать и природу загадочных природных феноменов. Например, знаменитые алмазы «Матрешка» (когда внутри одного кристалла свободно болтается другой), по мнению авторов исследования, как раз и обязаны своим появлением таким «остановкам» и последующему взрывному извержению. Получается, что природа сама создает эти полости, растворяя внутренности кристалла.
Особенно интересна роль газов. В коровых «пробках» магма медленно остывает, из нее начинают выделяться пузыри углекислого газа. Эти пузыри активно перемешивают расплав, заставляя его «кипеть» и работать как абразив, что только ускоряет разрушение алмазов. А когда накопление газа достигает критической массы, происходит тот самый знаменитый взрыв, который формирует кимберлитовую трубку. Парадокс: то самое извержение, которое выносит алмазы на поверхность, может быть спровоцировано процессами, которые незадолго до этого эти алмазы активно уничтожали.
Вывод ученых: главный фактор риска для алмазного месторождения кроется не в том, что алмазы не образовались в мантии, а в том, что они не смогли вовремя выбраться из коры. Чем дольше кимберлитовая магма «застревает» в верхних слоях, формируя кумулятивные центры, тем больше шансов, что кристаллы растворятся практически полностью. Так что алмазы, которые мы все-таки находим, — это настоящие спринтеры, умудрившиеся проскочить «узкое горлышко» на финишной прямой, пока их менее удачливые собратья бесследно сгинули в горячей магматической «ловушке». И теперь, понимая эти механизмы, геологи смогут точнее оценивать перспективность кимберлитовых трубок еще до начала дорогостоящей разработки, избегая заведомо бесперспективных затрат.
Исследование опубликовано в журнале «Записки Горного института»
