Карбонати самі перетворили себе в алмази при падінні метеорита

M. Chen et al./ PNAS, 2018

Китайські геохімік показали, що при падінні метеоритів алмази можуть утворитися безпосередньо з карбонатних мінералів навіть при відсутності в середовищі інших відновників. В цьому випадку процес ударного стиснення призводить до отримання алмазу за рахунок окислення які у мінералах іонів двовалентного заліза. Необхідні для реакції умови також спостерігаються в нижніх шарах мантії, пишуть вчені в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Тиск, який необхідно для утворення алмазів в природних умовах - близько 50 тисяч атмосфер, при ньому алмаз стає більш стійким ніж графіт. Освіта алмазів в природних умовах на Землі могло відбуватися або в статичних умовах на глибині більше 150 кілометрів, або при ударному стисненні, яке відбувається при падінні метеоритів, коли і температура, і тиску і температура різко збільшуються за дуже короткий час. Джерел вуглецю для алмазу в цьому випадку може бути кілька: зазвичай це або графіт, або високотемпературні углеродсодержащие розплави. А освіта алмазу безпосередньо з карбонатних мінералів значно менш імовірно, тому що для цього необхідна присутність в зоні реакції великої кількості зовнішніх восстановителей.

Геохімік з Китаю і США під керівництвом Хо-Квана Мао (Ho-kwang Mao) з Центру наукових досліджень і технологій високого тиску в Шанхаї припустили, що при тих тисках і температурах, які можуть виникають при падінні метеорита, іноді освіту алмазу з карбонатних мінералів можливо навіть при відсутності зовнішніх восстановителей. Це припущення дослідники експериментально підтвердили на прикладі анкеріта - карбонатного мінералу, що містить магній, кальцій і залізо, знайденого в кратері Сюянь. Характерна особливість цього мінералу - наявність в ньому іонів заліза (2), яке і могло служити відновником (але не зовнішнім, а внутрішнім) при формуванні алмазу.

За оцінками авторів, зробленим на основі вже проведених раніше досліджень кратера Сюянь, при падінні метеорита на поверхню Землі температура в області зіткнення піднялася приблизно до 800 - 900 градусів Цельсія, а тиск в цей момент склало від 25 до 45 гігапаскалів. Такі ж умови вчені змоделювали в лабораторних умовах і перевірили, що при подібному ударному стисненні буде відбуватися з анкеріта, який серед інших мінералів, містився в зразках знайденої в кратері метаморфічної гірської породи. Фазовий склад і кристалічну структуру мінералу після впливу на нього ударної хвилі з підвищеною температурою вчені вивчили за допомогою методів рамановской спектроскопії і просвічує електронної мікроскопії.

Мікрофотографії анкеріта після ударного стиснення, отримані за допомогою просвічує растрової електронної мікроскопії. Червоним кольором обведені нановключенія алмазів

M. Chen et al./ PNAS, 2018

Автори відзначають, що можливість освіти алмазів з карбонатів без додаткових восстановителей означає, що алмази можуть утворюватися в нижніх шарах мантії. Для них якраз характерні подібні умови: велика кількість карбонатних мінералів, потрібні тиск і температура і відсутність додаткових восстановителей. Тому помітне зміст алмазів, можливо, навіть в якості основного вуглець компонента, може бути характерно і для твердих шарів земної мантії.

Відзначимо, що при ударному стисненні під час падіння метеорита може відбуватися утворення не тільки алмазів, а й ще однієї надтвердої форми вуглецю - лонсдейліта. При цьому можливість утворення і алмазу і лонсдейліта в умовах, що виникають при зіткненні метеорита з поверхнею Землі, була підтверджена експериментально.

Олександр Дубов