Алмазам вовсе не обязательно быть ювелирными и крупными, чтобы привлечь к себе особое внимание. Пусть и неювелирные, алмазы необычных форм будоражат интерес фанатов уникальных минералов, а также ученых, которым такой экземпляр способен рассказать многое о месторождении алмаза и истории развития Земли.
АЛРОСА трепетно относится к находкам неординарных форм, редкого цвета или с интересными включениями и собирает коллекцию таких минералов из собственных месторождений. С недавних пор необычные экземпляры коллекции передаются в Научно-исследовательское геологическое предприятие АЛРОСА (НИГП) для глубокого всестороннего изучения и поиска ответа на вопрос: как образовался такой алмаз?
Среди прочих был изучен и описан алмаз-мячик, ставший хедлайнером российской прессы летом 2018 года. Журналистов привлек тот факт, что алмаз, похожий на футбольный мяч, был добыт в разгар проходившего в России чемпионата мира по футболу.
«Мячик» нашли в начале июля на трубке Карпинского-1 в Архангельской области (это месторождение «Севералмаза»).
Леонид Бардухинов, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией комплексного изучения алмазов НИГП, Елена Седых, ведущий инженер-геолог НИГП, и Антон Павлушин, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН, объясняют, почему «мячик» так интересен ученым.
«Мячик» трактуется как уникальный случай автоэпитаксии, или гомоэпитаксии, то есть нарастания другого закономерно ориентированного кристалла алмаза на уже сформированный кристалл. На всех гранях светло-серого, значительно растворенного кристалла алмаза октаэдрического габитуса (то есть по форме в большей степени напоминающего октаэдр – восьмиугольник с гранями-треугольниками) нарастают симметрично ориентированные, отчетливо ограненные субиндивиды, то есть отдельные кристаллики алмаза, имеющие темно-серый, почти черный цвет.
«С точки зрения минералогии столь яркое проявление эпитаксического роста субиндивидов алмаза на одном кристалле – большая редкость, и в обширной литературе об алмазах подобные примеры до сих пор не были известны».
Кристалл состоит из трех ясно выраженных, симметрично ориентированных макрозон:
- основной центральный алмаз;
- фрагменты скелетной зоны из «сахаровидного» каркаса из микрокристаллов алмаза расположены под каждым черным субиндивидом (хорошо видны в томографии и вокруг черных индивидов на фото);
- восемь субиндивидов алмаза черного цвета, нарастающих на поверхности скелетной зоны.
Что способствовало такому необычному виду? Очевидно, многократное изменение условий образования кристалла. Сложное строение алмаза отражает последовательность образования нескольких генераций и основные стадии образования, связанные с растворением, регенерацией кристаллов в мантийном источнике, питавшем кимберлитовые тела Золотицкого поля Архангельской алмазоносной провинции.
Многократное изменение условий образования алмазов в целом характерно и служит одним из типоморфных признаков архангельских алмазов.
Три поколения
Ранее методами катодной люминесценции и ИК-спектроскопии ученые исследовали внутренние структуры 78 кристаллов алмаза из трубки Карпинского-1. В кимберлитах было обнаружено три поколения алмазов.
Аналогичное с «мячиком» строение зафиксировано у зональных алмазов из соседней трубки Архангельской. Те имеют прозрачное плоскогранное октаэдрическое ядро, покрытое сахаровидной оболочкой, которая в свою очередь покрыта полногранной внешней темно-серой массивной зоной кубической формы (Кязимов и др., 2012).
По нашему мнению, «мячик» формировался в период образования всех трех поколений алмазов с Карпинского-1 и прошел несколько генераций:
- в первой генерации родился основной алмаз;
- во второй генерации на алмаз наросла скелетная сахаровидная зона;
- в третьей генерации последовала автоэпитаксия, то есть нарастание черного алмаза;
- на четвертой стадии произошло финальное растворение, благодаря которому мы видим не сплошную черную оболочку, а черные пятна по поверхности «мячика».
Исходя из геотермометрии, основанной на диаграмме Тейлора с соавторами, можно сделать вывод о том, что центральный алмаз формировался при более высоких температурах (около 1150 оС), а черный алмаз нарастал уже при более низких температурах (около 11000С).
Мало того что центральный алмаз и черный алмаз, выросший на его поверхности, формировались при разных температурах среды – они, будучи по факту одним кристаллом, кристаллизовались в разных средах! Это связано с глубинными процессами в литосферной мантии при взаимодействии флюидов (расплавов) различного состава, что в свою очередь определяет разный состав и источник углерода для образования алмаза.
Катодолюминесценция – это свечение алмаза под воздействием быстрых электронов, фактически аналогичное явление при облучении алмаза ультрафиолетовым лазером или на фабрике при извлечении алмаза под действием рентгеновских лучей. Под воздействием электронов (УФ, X-ray) алмаз, содержащий примеси (в частности, азот), светится. В зависимости от содержания дефектов в алмазе цвет свечения разный (дефект N3 – синее свечение, а Н3, Н4 – желто-зеленое свечение и др.). Обычно катодолюминесценцию изучают на сканирующем электронном микроскопе, оснащенном приставкой в виде катодолюминесцентного детектора.
ИК-спектроскопия – один из основных методов неразрушающего изучения алмазов. Кристаллическая структура алмаза поглощает инфракрасное излучение за счет наличия дефектов в структуре. В спектрах ИК-поглощения каждый дефект поглощает на определенной длине волны, интенсивность пика отражает концентрацию дефекта. Таким образом, по спектрам ИК алмаза возможно определить основные азотные центры и их содержание в алмазе. При изучении алмаза используют ИК-Фурье-спектрометры. В нашей лаборатории спектрометры фирмы Bruker также оснащены и ИК-микроскопом. С помощью него можно локально измерять азот и проводить картирование. Таким образом, по изменению азота и его агрегации в структуре алмаза можно проследить историю роста.