Российские ученые раскрыли тайну свойств алмазов

Российским ученым удалось выяснить, как формируются алмазы в зоне субдукции, в которой земная кора погружается в мантии, и почему одни алмазы получаются красивыми, а другие – очень прочными. Свои выводы они представили в статье, опубликованной журналом PNAS.

В рамках исследования в лаборатории были воссозданы условия, приближенные к условиям недр Земли. В частности, были смоделированы процессы движения тектонических плит и изучено взаимодействие между карбонатами магния, кальция и железом при различных температурах и давлении.

Исследование показало, что в условиях окисления образуется расплав карбоната кальция, одновременно являющийся и источником углерода, и средой кристаллизации алмазов. Также было установлено, что для этого процесса требуется более низкая температура, чем предполагалось ранее.

В условиях восстановления алмазы кристаллизуются исключительно в расплаве карбонатов железа, что приводит к тому, что они получают карбонатные включения. В случае, если в реакции участвует небольшое количество изотопа углерода 13, то азотных включений в алмазе образуется немного, и наоборот.

По словам ученых, причина этого кроется именно в окислительно-восстановительной фазе формирования. Во время этой реакции восстановитель отдает электроны (окисляется), а окислитель присоединяет электроны (восстанавливается). При этом любая окислительно-восстановительная реакция представляет собой единство двух противоположных превращений (окисления/восстановления), которые происходят одновременно, без отрыва одного от другого.

Сильное влияние на структуру алмаза оказывают примеси, основную роль среди которых играют азот, кремний, алюминий и бор. Азот встречается в максимальных концентрациях (его содержание иногда достигает 0,23% минерала) и может присутствовать как в виде одиночных атомов, так и пар атомов или включений в виде пластинок.

По словам ученых, именно содержание азота и оказывает влияние на прозрачность алмаза, а также на наличие люминесцентных свойств.