Найдены суперпрочные спасители Отечества

Вспыхнувший вновь интерес к забытому было Попигайскому месторождению импактных алмазов, которое геологи обнаружили еще в 70-х годах прошлого столетия, породил волну слухов и фантастических прогнозов. Действительно ли такие алмазы есть лишь в России? Могут ли они в одночасье обрушить мировую экономику? Давайте попробуем разобраться в этих вопросах.

Фото:

Про импактные (импакт — это любое внешнее воздействие на нашу планету) алмазы, конечно же, знали и раньше, однако их поиск всегда считался не особенно выгодным как с технической, так и с экономической точки зрения. Поэтому практически нигде в мире разработкой таких месторождений серьезно не занимались. Но почему? На это существует целый ряд причин, который обусловлен свойствами самих углеродных образований, получающихся в результате удара блуждающего небесного тела о поверхность нашей планеты.

Напомним, энергия соударения космического тела с поверхностью Земли, которая и порождает все импактные породы (не только, кстати, алмазы), зависит от его массы и скорости. Скорость сближения двух тел (для Земли и астероида) лежит в пределах от 11,2 до 72,8 километра в секунду. Минимальная величина определяется второй космической скоростью, а максимальная — векторной суммой второй космической скорости, скорости вращения Земли вокруг Солнца, а также скорости движения метеорного тела вдали от Земли. Следует также заметить, что мощная и плотная атмосфера тормозит незваного гостя тем сильнее, чем больше его диаметр, так как оно перемещает впереди себя газ, сжимая его и постепенно затормаживаясь.

Из этого можно сделать вывод: далеко не всякое соударение метеорита с Землей способно породить импактные породы. Это происходит лишь тогда, когда скорость соударения превышает значение 5 километров в секунду (при значениях ниже этого метеорит может либо просто приземлиться на Землю, либо "выдолбить" кратер, выбросив породы, но при этом не устроить взрыва нужной мощности). Однако почему в ряде случаев этот взрыв все же происходит? Резкое торможение космического тела при столкновении с поверхностью планеты приводит тому, что немалая кинетическая энергия переходит в потенциальную (согласно закону сохранения энергии), в результате чего возникает ударная волна сжатия, которая движется от точки столкновения вперед (в породах мишени — земной коры) и назад (в веществе ударника — космического тела).

Эта самая сила сжатия может составлять 100-300 ГПа, а время достижения максимальной величины сжатия измеряется первыми миллиардными долями секунды. Такого давления вполне достаточно для того, чтобы углерод, равномерно распределенный в земных породах, начал концентрироваться в алмаз. Кроме того, сжатие вызывает разогрев вещества до нескольких десятков тысяч градусов за столь же краткие промежутки времени — что тоже способствует образованию драгоценной для нас формы углерода. Словом, соударение создает на поверхности те же условия для образования алмазов, что и в мантии, только сам процесс занимает рекордно короткое время.

Читайте также:Алмазы рождаются в центре Земли

Этим, кстати, пользуются при создании синтетических алмазов — так, в 1967 году Р. Е. Хэйннеман и его сотрудники (США) при ударных давлениях от 700 до 1400 КБар и температуре около 1000°С мгновенно получили искусственные кристаллы. Что интересно, классический алмаз в этом эксперименте был смешан с лонсдейлитом — модификацией, имеющей особую гексагональную структуру. Ее не наблюдают в алмазах из кимберлитовых трубок, однако у импактных кристаллов лонсдейлитовые примеси встречаются часто.

В то же время импактных алмазов никогда не бывает много — как метеоритных (образовавшихся из углерода в составе пород небесного гостя), так и земных. Первых — потому что в метеоритах углерода мало, а вторых — потому что большая часть пород при взрыве просто выбрасывается. Вообще, алмазы, извлеченные из импактитов, представляют собой преимущественно обломки, частью получившиеся при дроблении образцов, или бесформенные зерна. А такие "крохи" заметить достаточно сложно. Впрочем, иногда среди них встречаются пластинчатые кристаллы до одного миллиметра в поперечнике с намечающимися гранями и ребрами, которые можно идентифицировать сразу.

Кроме того, свойства подобных алмазов резко отличаются от таковых их собратьев, появившихся на свет "естественным" путем. Так, в них куда больше примесей кремния, магния, кальция, то есть элементов алмазной "золы". Кроме того, их кристаллы анизотропны, они не светятся в рентгеновских лучах, но обладают характерным оранжево-красным свечением в ультрафиолетовых. В то же время, как показали исследования, спектр люминесценции этих алмазов непрерывный, что обусловлено быстрой кристаллизацией при чудовищно высоких давлениях.

Наконец, ученые выяснили, что алмазы, появившиеся в результате импакта, есть ни что иное, как поликристаллы, состоящие из мельчайших монокристалликов, располагающихся, тем не менее, упорядоченно. Это свойство, а также значительная доля лонсдейлитовых примесей приводят к необычайной прочности данных форм алмазов. Из-за этого они по идее должны быть более востребованы в технике — украшений все равно из них не получится, поскольку они тусклые и с трудом поддаются огранке.

Однако из-за того, что эти микроскопические кристаллы редки и разбросаны по миру, от идеи разработки импактных месторождений уже давно отказались. Кроме того, метод Хэйннемана сделал ее вовсе не нужной — искусственные алмазы с такими свойствами оказалось производить достаточно легко и выгодно. Так что когда в 1970-х годах советские геологи обнаружили на границе Красноярского края и Якутии в районе Попигайской астроблемы (большого разрушенного и эррозировшего ударного кратера) залежи импактных алмазов, запас которых оценили в несколько триллионов карат (для сравнения — весь запас "нормальных" алмазов Якутии оценивается чуть больше чем в миллиард карат), никто не придал этому особого значения. Правительство СССР решило сделать ставку на производство синтетических алмазов, руководствуясь тем, что этот край малонаселенный, без развитой инфраструктуры, и разрабатывать Попигайское месторождение будет в несколько раз дороже, чем поставить сотню заводов по производству искусственных углеродных кристаллов. В результате данные о месторождении были засекречены, а само оно — законсервировано.

Так бы и лежали попигайские алмазы невостребованными, однако, как всегда в России, помогло несчастье. Из-за разрушения промышленности в конце прошлого столетия производство синтетических алмазов у нас пришло в упадок, тогда как во всем мире оно развивалось. И вот тут-то настало время разыграть "попигайскую карту", то есть предъявить всем массовые и дешевые сверхпрочные алмазы. Ведь, по расчетам ученых, их запасов "хватит всему миру как минимум на 3 тысячи лет", а массовое использование этих минералов в обрабатывающей промышленности и электронике способно произвести настоящую техническую революцию. Причем наша страна фактически становится монополистом на рынке этого уникального и ценного сырья (импактные месторождения в Австралии и Южной Америки, тоже пока не разрабатываемые, по сравнению с попигайским "кладом" выглядят более чем скромно).

Впрочем, тут нужно действовать весьма и весьма осторожно. Как это ни странно, именно огромное количество уникальных алмазов и может сыграть злую шутку со всей мировой экономикой, которая еще от недавнего кризиса не оправилась. Поэтому заместитель директора института "Якутнипромалмаз" Геннадий Никитин предупреждает: "попигайские алмазы могут перевернуть все, и что тогда будет с ценами на этом рынке — непонятно". Другие экономисты считают, что "алмазная игла" может стать для нашего государства еще более губительной, чем существующая нефтяная — ведь если продавать лишь сырье, каким бы ценным оно не было, стимул к развитию собственного производства быстро теряется.

Однако последнего можно избежать в том случае, если наладить продажу не самих кристаллов, а изготовленных на их основе приборов и запасных частей. Это стимулирует рост промышленности, даст выгодные заказы ученым на разработку новых технологий и вовлечет в этот процесс широкие слои населения, чей достаток, соответственно, повысится. А алмазный рынок вовсе не обвалится — ведь готовая продукция всегда дороже, чем сырье. В этом случае попигайские алмазы выступят в роли не разрушителей, а сверхтвердых спасителей нашего Отечества.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"