Алмазы и бриджманиты - самые глубоко залегающие драгоценные камни на Земле

В Вирджин-Вэлли, штат Невада, можно провести день, в поисках редких черные огненные опалы, в то время как в Коалинге, штат Калифорния, посетители могут разыскивать официальный драгоценный камень этого штата — бенитоит. В государственном парке "Кратер алмазов" в Арканзасе начинающие любители драгоценных камней могут организовать охоту за самыми востребованными камнями в мире за всего 10 долларов.

Для каждого из этих приключений необходимо немного больше, чем обычные инструменты, так как большинство драгоценных камней обычно находятся на глубине от 5 до 40 километров под землей, а некоторые даже глубже.

Однако какие драгоценные камни находятся на самой значительной глубине и как они достаются на поверхность?

"Самыми глубоко расположенными из известных драгоценных камней являются алмазы. Их ищут из-за их красоты, применения в промышленности и научных данных, которые они могут предоставить. Процесс формирования алмазов до сих пор не полностью понятен, но лабораторные эксперименты показали, что они кристаллизуются только при экстремальном давлении. Большинство природных алмазов было обнаружено в верхней мантии на глубинах от 150 до 300 км, где давление может достигать более 20 000 атмосфер", — рассказал Ли Гроату, минералогу из Университета Британской Колумбии

На протяжении долгого времени алмазы конкурировали с другим драгоценным камнем, перидотом, за звание самого глубоко расположенного. Перидот — это драгоценная форма минерала, известного как оливин, который составляет более половины верхней мантии и простирается от основания коры до 410 км. Впрочем, в 2016 году была описана коллекция сверхглубоких алмазов, добытых на глубине около 660 км, и в 2021 году обнаружено, что еще одна партия добыта с глубины 750 км.

Чтобы прийти к этим оценкам, исследователи изучили структуру кристаллизации алмазов и включения, такие как кусочки минералов или жидкостей, заключенные в драгоценных камнях с момента их образования. Включения минерала под названием бриджманит из расплава железа, никеля, углерода и серы указали на то, что эти сверхглубокие алмазы, вероятно, образовались в нижней мантии, состоящей на 75% из бриджманита, и они росли из жидкого металла в присутствии метана. На таких глубинах давление может превышать 235 000 атмосфер.

Алмазы также считаются очень древними. По некоторым оценкам, алмазы, которые мы видим сегодня на поверхности, могли образоваться около 3,5 миллиардов лет назад, хотя есть и более молодые экземпляры. Их долговечность объясняется прочностью химических связей. Алмазы состоят из углерода и образуются под огромным давлением, что требует колоссальной энергии для разрыва их связей. Подогревание алмаза выше 900 градусов по Цельсию приводит к его превращению в графит.

Для изучения алмазов не требуется глубоких земельных работ; самая глубокая скважина, когда-либо буренная на Земле, Кольская сверхглубокая скважина в России, едва проникла в недра на глубину всего 12,6 км. Вместо этого алмазы выводятся на поверхность с помощью кимберлитовой магмы, которая извергается со скоростью более 30 метров в секунду и вынимает алмазы из окружающих пород. Таким образом, драгоценные камни, формировавшиеся миллиарды лет, могут быть вынесены на поверхность всего за несколько месяцев или даже часов.

Помимо их эстетической ценности и естественной прочности, делающей их привлекательными для производителей лезвий, сверл и полировальных порошков, алмазы предоставляют ценную научную информацию.

"Алмазы являются единственными источниками, которыми располагают исследователи для понимания строения недр планеты и происходящих там процессов", — добавляет Анань Маллик, петролог-экспериментатор из Университета Аризоны.

Изучая эти драгоценные камни, ученые смогли узнать, что ранняя Земля не была столь тектонически активной, как сегодня. Другие исследования выявили углеродные следы, свидетельствующие о фотосинтезе, что свидетельствует о том, что углеродный цикл проникает глубоко в недра планеты. Недавние открытия позволили ученым обнаружить наличие воды в мантии на большей глубине, чем предполагалось, и даже обнаружить новые минералы.