Алмази дають можливість заглянути в минуле Землі на 1 мільярд років, — учені

Група дослідників з Колумбійського університету придумала спосіб вирішити дві давні загадки: який вік окремих рідких алмазів і який хімічний склад їхнього вихідного матеріалу. Дослідження дозволило їм відтворити геологічні події, що відбулися понад мільярд років тому. Це потенційний прорив не тільки у вивченні алмазів, але і в планетарній еволюції, повідомляє Scitechdaily

Алмази ювелірної якості є майже чистим вуглецем. Ця елементарна чистота надає їм блиску. Але це також означає, що вони несуть дуже мало інформації про свій вік і походження. Однак деякі зразки більш низької якості мають недоліки у вигляді крихітних кишень з рідиною — це залишки більш складних рідин, з яких утворилися кристали. Аналізуючи ці рідини, учені в новому дослідженні визначили часи, коли формувалися різні алмази і мінливі хімічні умови навколо них.

"Це відкриває вікно або навіть двері до деяких з дійсно важливих питань про еволюцію надр Землі і континентів", — говорить Яків Вайс, науковий співробітник обсерваторії Землі Ламонт-Доерті при Колумбійському університеті. "Ми вперше можемо дізнатися точний вік цих рідин".

Вважається, що більшість алмазів утворюються на глибині від 150 до 200 кілометрів під поверхнею відносно прохолодних кам'яних масивів під континентами. Цей процес може тривати 3,5 мільярди років і, ймовірно, триває досі. Іноді їх виносило вгору потужними глибокими виверженнями вулканів, званими кімберлітами.

Багато що з того, що відомо про алмази, отримано в результаті лабораторних експериментів і досліджень інших мінералів і гірських порід, які утворюються з алмазів. 10 алмазів, вивчених ученими, були здобуті на копальнях, заснованих у Кімберлі та його околицях, у Південній Африці.

"Нам подобаються ті алмази, які насправді нікому не потрібні", — говорить Вайс, — "волокнисті, брудні зразки, що містять тверді або рідкі домішки, які не можуть вважатися ювелірними виробами, але несуть потенційно цінну хімічну інформацію".

До цих пір більшість дослідників зосереджувалися на твердих включеннях, таких як крихітні шматочки граната, для визначення віку алмазів. Але вік, який показують тверді включення, може бути спірним, тому що включення могли утворитися, а могли і не утворитися одночасно із самим алмазом. З іншого боку, інкапсульована рідина — це речовина, з якої утворився сам алмаз.

Вайс та його колеги знайшли спосіб визначити вік рідини. Вони зробили це, вимірявши сліди радіоактивного торію і урану та їхнього відношення до гелію-4, рідкісного ізотопу, що утворюється в результаті їхнього розпаду. Учені також з'ясували, з якою максимальною швидкістю маленькі рухливі молекули гелію можуть витікати з алмаза — без цих даних висновки про вік, засновані на вмісті ізотопу, були б неправильними.

Учені визначили три окремих періоди утворення алмазів. Це відбувалося в різних кам'яних масивах, які в кінцевому підсумку об'єдналися в сучасну Африку. Найстаріший період датується від 2,6 мільярдів до 700 мільйонів років тому. Включення рідини того часу мають особливий склад, надзвичайно багатий карбонатними мінералами. Цей період також збігся з утворенням на поверхні величезних гірських хребтів, мабуть, через зіткнення і здавлювання плит.

Наступна фаза утворення алмазів охоплювала можливі тимчасові рамки від 550 до 300 мільйонів років тому, оскільки протоафриканський континент продовжував перебудовуватися. У цей час, як показують включення, рідини були з високим вмістом мінералів кремнезему, що вказує на зміни підземних умов. Цей період також збігся з іншим великим епізодом горотворення.

Остання відома фаза сталася між 130 і 85 мільйонами років тому. І знову склад рідини змінився: тепер у ній було багато сольових сполук, що містять натрій і калій. Це говорить про те, що вуглець, з якого сформувалися ці алмази, прийшов не безпосередньо з надр землі, а швидше з дна океану, яке було винесене субдукцією під континентальну масу.

Учених зацікавило одне відкриття. Принаймні в одному алмазі була укладена рідина як найстарішої, так і наймолодшої епох. Це доводить, що до старих кристалів можна додавати нові шари, дозволяючи окремим алмазам розвиватися протягом тривалих періодів часу.

Це сталося в кінці цього останнього періоду, коли Африка значною мірою набула свого нинішнього вигляду, коли велика кількість вивержень кімберлітів винесла всі алмази, вивчені вченими, на поверхню.

За словами вчених, крихітні крапельки в алмазній оболонці є рідкісним способом зв'язати події, що відбулися давним-давно на поверхні, з тим, що відбувалося в той же час у надрах Землі.

За словами Вайса, нові дані навряд чи допоможуть геологам знайти нові родовища алмазів. Але, за його словами, цей метод може бути застосований до інших алмазовидобувних регіонів світу, включаючи Австралію, Бразилію, північ Канади і Росії, щоб розібратися в історії надр цих регіонів і отримати нове уявлення про те, як розвиваються континенти.