Минералогия/Технологии

текст Антон Павлушин кандидат геолого-минералогических наук, Институт геологии алмаза Сибирского отделения РАН

фотографии предоставлены автором

графика Мила Силенина

Когда алмаз попадает в руки минералога, он его пилит, раскалывает, а потом сжигает. С обывательской точки зрения, особенно если помножить караты на доллары, его действия выглядят неадекватными. На самом же деле расчлененный, а затем кремированный алмаз дает знания, от которых в конечном итоге больше практической пользы, чем от любования бриллиантом.

Алмаз невзрачен, похож на кусочек наждачного камня или осколок бутылочного стекла, окатанного в речке или морском прибое. Только окатан он в мантийном расплаве Земли на глубинах 150-300?км при температуре порядка 1000° C и давлении около 40 кбар.

Анатомия алмаза

Под оптическим микроскопом видны формы кристаллов и их сростков — кубы, октаэдры, додекаэдры и более сложные формы. В отраженном, косом, проходящем, ультрафиолетовом, комбинированном, поляризованном свете картинка меняется, как в калейдоскопе. Специалист может в первом приближении по ним прочитать судьбу алмаза, его онтогенез — юность, отрочество, зрелость, старость.

Посылая к грани алмаза луч света с известной длиной волны, можно получить картину интерференции в виде чередующихся радужных полос. По расстоянию между ними измеряют разницу в высотах рельефа. Скульптура поверхности отражает как заключительный этап роста алмаза, так и постростовые процессы. Например, растворение при транспортировке кристалла в магматическом расплаве к поверхности земной коры.

Фотолюминесценция алмаза в ультрафиолетовом свете позволяет рассмотреть его анатомию [-]. Секторы и зоны в алмазе могут светиться всеми цветами радуги — от красного до фиолетового. Под инфракрасным микроскопом видны дефекты кристаллической структуры и примеси азота.

Хирургия алмаза

В алмазе можно обнаружить включения других минералов. Если они по форме схожи с кристаллами алмаза-хозяина, то, с большой вероятностью, образовались одновременно с алмазом. Такие включения называют сингенетическими. Реперами экстремально высоких температур и давлений во время зарождения алмаза служат включения высокоплотных кристаллических модификаций кремнезема — стишовита и коэсита.

В алмазах часто находят гранат, оливин, пироксен, графит, сульфиды, много других минералов и даже газово-жидкие включения []. Химия минералов-узников и их ассоциаций дает информацию об истории мантии Земли.

Включения извлекают, раскалывая алмаз, распиливая, шлифуя или просто сжигая. Алмаз легко сгорает при температуре 850-1000° С. Оставшаяся зола тоже может многое сказать. Методом изотопного датирования зольных остатков был определен возраст сингенетичных включений и, следовательно, самих алмазов. Возраст этот колеблется от 1,5 до 3,5 млрд лет. Юным алмазам сотни миллионов лет.

В последнее время все большее внимание уделяется изотопному составу углерода в алмазе — соотношению тяжелого (мантийного) 13С и легкого (корового) 12С изотопов. Присутствие в алмазах легких изотопов, характерных для органических соединений, породило всплеск гипотез о его источнике, вызвало дискуссии о миграции углерода в мантии и земной коре при перемещении материковых и океанических плит. На основании этих данных строятся планетарные модели дегазации ядра Земли в ходе ее эволюции. Они привлекаются даже при обсуждении спорного вопроса о происхождении — органическом или неорганическом — нефти и природного газа.

Якутская Бразилия

Мало кто из владельцев бриллиантовых украшений задумывается, какого типа у их алмазов кристаллическая решетка — из кубических, 8-гранных октаэдров, 12-гранных или даже 24-гранных. На потребительских свойствах бриллиантов форма кристаллов не отражается — и те, и другие, и третьи блестят и переливаются. Но для минерологов вопрос о разной форме кристаллов принципиальный.

Научное название 12-гранных кристаллов алмазов — кривогранные додекаэдроиды. До открытия в конце XIX века кимберлитовых трубок алмазы добывали в россыпях, сначала индийских, потом бразильских. По месту основной находки кривогранные додекаэдроиды именовали алмазами "бразильского" типа. Позже они были найдены в открытых промышленных россыпях Урала и Севера Якутии, в бассейнах рек Анабар и Оленек и далее к востоку — в низовьях Лены. Теперь эти алмазы можно встретить в специальной литературе и под другим названием — алмазы "уральского" типа.

У них 12 граней в виде ромбических площадок, которые имеют сферическую выпуклую форму. Еще одна особенность — каждая из ромбических граней преломлена вдоль короткой диагонали ромба, что хорошо видно на фотографии типичного додекаэдроида [ — стр. 29].

Огранка алмаза природой

Первыми исследователями додекаэдрических кристаллов были выдающийся российский геохимик, а тогда аспирант Гейдельбергского университета Александр Ферсман и его научный руководитель Виктор Гольдшмидт. В 1911 году они издали капитальный монографический труд "Der Diamant".

Изучив огромное количество кристаллов и мельчайших деталей их морфологии, авторы пришли к заключению, что такие округлые индивиды представляют собой результат поверхностного растворения ранее нормально развивавшихся плоскогранных форм кристаллов алмаза — октаэдров и кубов, и даже дополнили эти выводы опытами по химическому травлению алмазов в калиевой селитре при температуре 800-900°С. Однако это не помешало в 1950-х годах разгореться дискуссии о происхождении округлых кристаллов алмаза, длившейся целых полвека. Оппоненты вновь обсуждали, за счет роста или растворения кристаллы алмазов приобрели такую форму. Точку в споре поставили Александр Хохряков и Юрий Пальянов из Новосибирска.

В начале 1990-х годов они в своей лаборатории моделировали процессы, протекающие в мантии Земли при сверхвысоких давлениях и температурах (25-55 кбар и 1370-1720K), и растворяли алмазы в водосодержащих силикатных расплавах. Полученные кристаллы имели практически полное сходство с природными округлыми алмазами — кривогранными додекаэдроидами [рис. ].

Весь ряд переходов от полноценного кубического кристалла к округлому тетрагексаэдроиду нам удалось проследить в алмазах из россыпей реки Анабар. Они примерно одинакового размера, но в природе или лаборатории для того, чтобы кристалл достиг формы полноценного додекаэдроида, растворяется до 80% его первоначального объема.

Алмазные пирамиды и кратеры

Растворение алмазов сопровождается появлением на их поверхности изъянов, форма и расположение которых строго зависит от структуры кристалла. На гранях типичного алмаза-октаэдра появляются треугольной грани ямки — тригоны []. Грани кубических кристаллов покрываются ямками правильной четырехугольной формы, часто из-за оптического обмана они напоминают опрокинутые египетские пирамиды []. Когда в ходе растворения алмаз утрачивает плоскогранную форму, округляется, поверхность покрывается холмистым рельефом [].

Не так давно на поверхности алмазов из северных россыпей Якутской алмазоносной провинции обнаружен необычный микрорельеф, похожий на лунный ландшафт. Фигуры лунного микрорельефа отличаются от симметричных фигур, связанных с объемным растворением алмазов. Они асимметричны, расположены беспорядочно и никаким образом не зависят от кристаллической структуры алмаза. Это означает, что его происхождение связано исключительно с фазовым физическим состоянием вступившего с ним во взаимодействие растворителя и полностью отражает его форму. Что бы это могло быть — жидкость, расплав или газ?

Первая ассоциация, которая приходит на ум, — с пузырьками газа, и, по всей видимости, она верна. При подъеме из глубин Земли в расплаве, покрывающем алмаз, при падении давления вскипают газовые пузырьки. Как вскипает кровь у водолаза, слишком быстро вынырнувшего из глубины без декомпрессии. Достигнув критического размера приблизительно в 50 микрон, пузырьки на поверхности алмаза схлопывались или отрывались от поверхности кристалла, покрывая алмазы "лунными кратерами".

Цены на бриллианты, росшие в течение пяти лет после кризиса 2008 года, последние полгода устойчиво идут на спад, отмечается в отчете ведущего аналитика рынка компании Rapaport Group. По сравнению с пиком цен летом 2011 года бриллианты весом до одного карата упали в цене на 27%, более крупные на 23%. В случае бриллиантов цепочка ценообразования намного длиннее, чем у большинства других потребительских товаров — слишком много посредников. Но больше половины стоимости бриллианта все равно приходится на цену алмаза, из которого его огранили. Кстати, при огранке от исходного алмаза остается процентов сорок.

Так что жизнь алмаза и его превращение в бриллиант — это путь сплошных потерь, о чем, наверное, полезно знать и простым поклонникам бриллиантов, и инвесторам.