«Самая ранняя генерация алмаза: первая
находка алмазного включения в кимберлитовом оливине» – заголовок статьи
сибирских ученых вынесен на обложку январского (2023) номера авторитетного
международного журнала MDPI – Minerals.
Научный руководитель Института геологии и
минералогии им. В. С. Соболева СО РАН академик РАН Николай Петрович Похиленко рассказал о значимости
упомянутого научного результата в контексте исследований алмазообразования и,
шире, происхождения литосферы Земли. Этот процесс ученый сравнил с нарастанием
льда на водоеме: сначала образуется тонкая корочка, затем слой становится всё
толще, распространяясь вниз от поверхности. Только в случае с литосферой, чем
глубже, тем выше показатели давления и температуры. Возраст образования самой
Земли из облака космического вещества – примерно 4,6 миллиарда лет назад.
«Большая часть исходного вещества для
планет земной группы – хондриты, сравнимые с базальтами по плотности, но
отличающиеся по химическому составу, – уточнил академик. – Частичное плавление
исходного вещества Земли давало расплавы, вначале коматиитового, а затем
базальтового состава. Они поднимались на поверхность планеты и, затвердевая,
формировали ее кору, а тугоплавкие остатки ультраосновного состава наращивали
мощность литосферной мантии снизу».
Когда нарастание мощности литосферы
обеспечило достижение ее нижней частью значений температуры и давления,
отвечающих области стабильности алмаза, там возникли условия для начала
алмазообразования. Предполагалось, что это произошло примерно 3,6 миллиарда лет
назад, на границе эоархея и палеоархея. Однако детальное изучение условий и
времени формирования многих тысяч алмазов литосферного происхождения по
включениям в этих алмазах сингенетичных им минералов и среды, из которой они
образовались, дало возрасты, отвечающие диапазону среднего архея (3,2–2,5 млрд
лет). Такие алмазы образовались как следствие процессов декарбонизации
просачивающихся низковязких карбонатитовых расплавов/флюидов сквозь тугоплавкие
истощенные перидотиты уже в значительно остывшей литосфере. Установленный диапазон
давлений и температур образования подобных «молодых» алмазов существенно
расширился: как в область более низких, так и более высоких значений, по
сравнению с параметрами формирования самих ранних алмазов, впервые возникших в
истории планеты в ее нарастающей по мощности литосфере.
«Существует определенный градиент
температуры и давления, по одну сторону которого находится зона стабильности
образования и существования графита, по другую – алмаза, – пояснил Н.
П. Похиленко, – причем для последнего при повышении температуры
алмазообразующей среды требуется рост давления. К примеру, при 1 000 градусов
Цельсия для алмазообразования нужно не менее 40 тысяч атмосфер, что возможно на
глубинах от 140 километров, а при 1 400 градусов уже нужны давления около 55 тысяч
атмосфер, реализуемые в Земле на глубинах около 180 километров».
Наиболее распространенными породами,
выносящими алмазы из глубин литосферной мантии на земную поверхность, являются
кимберлиты. Кристаллик алмаза, описанный в Minerals, вырос из силикатного либо
сульфидного расплава и был захвачен растущим кристаллом оливина из тугоплавких
ультраосновных пород, формирующих нарастающую по мощности литосферную мантию.
Размер захваченного алмаза около 0,3 миллиметра, и он включен в
полуторасантиметровое зерно оливина-хозяина.
Образцы пород и минералов литосферной
мантии, выносимые на поверхность Земли кимберлитами трубки Удачная, являющейся
одним из самых крупных месторождений алмазов России, стали объектами интереса
российских и зарубежных ученых с конца 1960-х годов. Этот интерес объясняется
уникальной свежестью кимберлитов и содержащихся в них обломков минералов и
пород литосферной мантии. Уже более полувека геологи регулярно, вплоть до
закрытия карьера трубки в 2014 году, собирали и изучали коллекции уникальных
образцов, вынесенных кимберлитами Удачной 370 миллионов лет назад на земную
поверхность с глубин литосферы, достигающих 250 километров. В одной из таких
коллекций оказался образец, ставший предметом научной сенсации.
Обложка журнала Minerals. Фото
предоставлено ИГМ СО РАН.
«Обнаруженный нами алмаз, по-видимому,
является самым древним из изученных на сегодняшний день, – утверждает академик
Н. Похиленко. – Возраст сингенетического этому алмазу включения сульфида
оценивается приблизительно в 3,6 миллиарда лет. Согласно полученным нами
результатам, он был захвачен растущим оливином при достаточно высоких
температурах – более 1 400 ℃ и давлениях более 5,5 ГПа.
Это соответствует глубинам около 180 километров и началу этапа вхождения нижней
границы литосферной мантии древних платформ в глубины области стабильности
алмаза».
Другой вывод ученых заключается в том, что
кристаллизация обнаруженного алмазного включения в зерне оливина должна была
происходить либо из силикатного расплава, обогащенного карбонатным компонентом
(углеродсодержащий флюид), либо из сульфидного расплава с растворенным
углеродом (расплав Fe-Ni-Cu-Co-S-C).
«К сожалению, современное состояние
аналитических методик пока не позволяет надежно склониться к одному из этих
вариантов», – констатировал Николай Похиленко. В обеих версиях кристаллизация
исследуемого алмаза происходила при температурах не менее чем на 200–250 °С
выше, чем формирование более поздних метасоматических алмазов: в случае
силикатного расплава – при 1 400 °С, в варианте сульфидного – при 1 600 °С.
«Сначала нам не сильно верили, – поделился академик. – Появление алмаза в
оливиновом зерне пытались объяснить проникновением через трещину в крупном
кристалле оливина уже остывшей породы карбонатитового флюида/расплава с
последующим формированием в этой трещине кристалла алмаза при ее залечивании,
но нам удалось убедительно доказать оппонентам несостоятельность этого
сценария».
«В целом эта находка и ее изучение
подтвердили ранее умозрительные предположения о времени и параметрах
формирования нижних горизонтов литосферы, достигающих значений давлений и температур
области стабильности алмаза, и, соответственно, периоде появления в них самых
первых на планете алмазов, – подытожил академик Н. Похиленко. –
Кристалл из Удачной на сегодня, видимо, древнейший на Земле: по крайней мере,
среди тех, что держал в руках и изучил человек. Мы также показали, что условия
образования алмазов в ту эпоху значительно отличались от характеристик более
поздних процессов формирования основной массы добываемых кристаллов. Изменились
как среда, так и диапазон температур и давлений, а соответственно, глубин
образования более поздних алмазов в более мощной и остывшей литосфере».
По словам Николая Похиленко, минимальные
значения глубин образования изученных алмазов в «холодной» литосфере сместились
к уровням около 140 километров, что отвечает давлениям около 37 тысяч атмосфер
при температурах около 900 оС. Максимальные показатели давлений
образования таких алмазов также сместились в сторону увеличения. Так,
установленные параметры давлений образования части кристаллов из месторождения
Снэп Лейк, открытого сибирскими геологами на северо-западе Канады, составляют
около 120 тысяч атмосфер, что соответствует глубинам порядка 300 километров.
Ученый представил команду, получившую этот
выдающийся результат: «Основную работу по изучению найденного ею образца и
написанию статьи сделала кандидат геолого-минералогических наук Людмила
Николаевна Похиленко, проводившая полевые работы на Удачной в течение
девяти сезонов. Моя роль сводилась к постановке задачи, направления и методов
исследования этого уникального объекта, определения возможных вариантов его
природы. Кандидат геолого-минералогических наук Владимир Григорьевич
Мальковец – мой ученик, он сейчас работает в ПАО „Алроса”, ранее
стажировался в Институте Карнеги (США), Институте планетарных геонаук
Университета Теннесси (США), Исследовательском центре Университета Сиднея
(Австралия). Его задачей была организация проведения изотопных исследований в
сингенетичном алмазу включении сульфида в изучаемом образце оливина. Кандидат
геолого-минералогических наук Таисия Александровна Алифирова,
ученица Л. Н. Похиленко, сейчас работает в Венском университете. В
данной работе она провела методом рамановской спектроскопии анализ флюида на
границе алмаз – оливин. Академическим редактором этой публикации выступил
профессор из Германии Паоло Нимис (Paolo Nimis) – один из
наиболее авторитетных ученых в области изучения параметров образования и
изотопного датирования земных пород и минералов».
Источник: «Наука в Сибири».
Автор: Андрей Соболевский.