Ученым новосибирского Института геологии и минералоги СО РАН удалось раскрыть тайну алмазов, обнаруженных на камчатском вулкане Толбачик и в горах Тибета, Полярного Урала, Албании и Турции. Алмазы были обнаружены посреди горных пород, но по своим параметрам напоминали синтетические, нежели природные. Над загадкой алмазов ученые разных стран бились десять лет, и теперь новосибирским геологам удалось выяснить: алмазы являются синтетическими, а в пробы они могли попасть в результате технологии разработки месторождений.
Настоящий геологический детективный кейс решили ученые Института геологии и минералогии СО РАН. Необычные толбачинские последние десять лет тревожили умы многих ученых – исследованиями их занимались не только в России, но и за рубежом. Дело в том, что алмазов, которые связаны с происхождением обычных вулканов, практически не бывает. Минералы образуются при высоких давлениях и температурах, соответствующих глубине порядка 200 километров. Под вулканами Камчатки, где была сделана находка, таких условий нет. Но есть магматические камеры на глубине 20-40 километров, любое вещество, поступающее снизу, не может их миновать. Если же алмаз попадает в такую камеру, то он растворяется за несколько часов. То же самое и на поверхности, покрытой базальтовой лавой.
«Два года назад московские коллеги из Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского РАН предложили мне исследовать несколько алмазов с Толбачика. Изучив их, мы поняли, что по многим характеристикам они – почти абсолютная копия синтетических алмазов, которые выращиваются в том числе и в нашем институте, – рассказал «Науке в Сибири» заведующий лабораторией фазовых превращений и диаграмм состояния вещества Земли при высоких давлениях ИГМ СО РАН, доктор геолого-минералогических наук Константин Литасов. – Сходность найденных на вулканах алмазов с синтетическими отмечали и авторы многих научных статей, настаивая все же, что эти алмазы – природные. Мы задались вопросом: неужели в естественной среде каким-нибудь удивительным образом реализуются условия, воспроизводящие процесс синтеза, который мы видим в лаборатории?»
Чтобы разобраться с происхождением необычных толбачинских алмазов, новосибирские ученые вместе с японскими коллегами из Токийского университета провели микроскопическое исследование их мельчайших включений. Исследование проходило с помощью трех методов: рентгенофлуоресцентный анализ на ускорителе, масс-спектрометрический микроэлементный анализ с помощью лазерной абляции и просвечивающую электронную микроскопию. В результате ученые выяснили, что микровключения в алмазах металлические, большинство из них соответствует составу Ni60Mn40 – классическому промышленному катализатору ПРГН-40 для синтетического роста алмазов, который производится в России. Таким образом, ученые смогли доказать, что толбачинские алмазы все-таки искусственные.
«С этого момента история стала походить на детективную», – отметил Литасов.
После изучения толбачинских алмазов исследователь задумался об очень похожих на них алмазах, обнаруженных по всему миру в офиолитах (фрагментах океанических плит, которые сначала погружаются вглубь Земли, а потом в результате тектонических процессов выталкиваются обратно на поверхность, что оставляет на них следы высоких давлений, соответствующих глубине до 50 километров). Глубины офиолитовых пород являются недостаточными для образования алмазов, но этот минерал в них последнее время находят регулярно. Особенно много научных работ посвящают этому китайские ученые.
«Когда я познакомился с обширной литературой по алмазам в офиолитовых породах, то увидел, что по своим характеристикам они абсолютно похожи и на толбачинские, и на синтетические алмазы. У нас не было возможности самим изучить эти образцы, но китайские исследователи описали их очень скрупулезно, в том числе – определили состав микровключений в этих алмазах (то есть сделали почти то же самое, что мы для алмазов Толбачика), – рассказал Константин Литасов. – Я обратил внимание, что во всех офиолитовых алмазах с Тибета, Урала, из Албании, Турции и других мест был почти одинаковый состав включений близкий к Ni70Mn25Сo5. Я просто проверил этот состав через Google Scholar. В поиске выпало более 50 статей об использовании катализатора абсолютно такого же состава для выращивания синтетических алмазов в Китае. Это снова свидетельствует о том, что необычные алмазы являются просто заражением проб».
Результаты исследований ученого приведены в статьях, опубликованных в журналах Gondwana Research, High Pressure Research и «Геология и геофизика».
Ученый отметил, что разобраться с происхождением «нового типа алмазов» важно не только потому, что с каждым годом о несуществующем природном явлении выходит все больше и больше научных статей, строятся невероятные модели его происхождения, но и потому, что в Китае на разработку «месторождений» этих алмазов уже выделены крупные грантовые средства.
Точного ответа на вопрос, как попал синтетические алмаз в природную пробу, нет. По мнению Литасова, есть два варианта – намеренный подлог или случайность, когда синтетические алмазы могли попасть в пробу до ее отбора или во время исследования. Новосибирский ученый больше склоняется ко второму варианту.
«Я считаю, что в случае алмазов из офиолитов может быть два источника такого загрязнения. Во-первых, эти алмазы найдены в основном на месторождениях, где идет открытая разработка хромитовых руд. При этом используются и буровые установки, и режущий инструмент, в состав которых входят синтетические алмазы. Но наиболее вероятно все же загрязнение на фабрике, на том этапе, когда алмазы выделяют из пробы», – полагает Константин Литасов.
Кроме алмазов в офиолитах Тибета были найдены минералы корунд (Al2O3) и муассанит (SiC) с необычными сверхвосстановленными включениями, нехарактерными для земных условий – трехвалентным оксидом титана, карбидами и нитридами титана, карбидами кремния, очень редкими циркониевыми минералами. Аналогичные корунды обнаружили в вулканических породах горы Кармель в Израиле.
«Мне пришла мысль: как алмаз, так и корунд, карбид кремния – это стандартные минералы для абразивных материалов (они используются в режущем и других инструментах). Я подумал, что надо обратить на них внимание, проверить, есть ли какое-то сходство. На глаза мне попалась наждачная бумага, сделанная из синтетического корунда достаточно крупной зернистости, с зернышками до одного миллиметра. Я взял кусочек этой бумаги, отполировал зерна и с огромным удивлением обнаружил в них всю ассоциацию, которая наблюдается в этих так называемых природных корундах из офиолитов Тибета и вулканических пород горы Кармель (Израиль). Я испытал настоящий шок, поскольку по этим породам уже опубликовано несколько статей, названо большое количество новых минералов (например, минерал кармелтазит)», – рассказал ученый.
Найденный в офиолитах необычный муассанит еще только предстоит исследовать, но и для него специалисты ожидают похожие результаты. «Представьте, когда разрабатывается месторождение, во все стороны летят вода, пыль, после чего везде останутся кусочки этих корундов и муассанитов (хотя с происхождением именно муассанита все может быть не так однозначно)», – отметил Литасов.
«Есть правила международной минералогической ассоциации по открытию новых минералов, но в данном случае они почему-то игнорируются. В последние 10-20 лет мы, к сожалению, потеряли тесную связь между науками о Земле и материаловедением. И я надеюсь, наши статьи если не положат конец таким странным находкам, то, по крайней мере, обратят на них внимание. Мы, вслед за Соболевым, призываем к более внимательному отношению к поднятой проблеме. Потому что за этими неправдоподобными образцами можно не только пропустить что-то действительно очень важное, но и направить науку по ложному пути, а также потратить много лет и средств на исследование несуществующих в природе объектов», – заключил ученый.