Откуда на Земле взялись черные алмазы — геологи нашли ответ

В Бразилии и Центральной Африке находили необычные черные алмазы, и ученые не могли понять, как они возникли. Согласно новой гипотезе, такие кристаллы могли появиться глубоко в мантии Земли из углерода древнего органического вещества. Работа опубликована в Gondwana Research.

Алмазы-карбонадо

Речь идет о карбонадо — необычной разновидности алмаза, которая совсем не похожа на прозрачные монокристаллы, используемые в ювелирном деле. Такие камни черные, пористые и внешне напоминают куски блестящего стекла. Если расколоть карбонадо, внутри обнаружится плотная масса из множества крошечных алмазных зерен, перемешанных с другими минералами и пронизанных пустотами.

Именно этот набор свойств давно делает происхождение карбонадо загадкой. Исходную породу, в которой он формировался, до сих пор не нашли. Глянцевая поверхность некоторых образцов прежде заставляла предполагать внеземное происхождение или образование при мощном ударе: она похожа на оплавленную корку метеорита.

Новая гипотеза

Авторы новой работы предлагают более сложную историю. В их сценарии столкновение стало лишь началом цепочки событий. Оно могло запустить быстрое погружение богатых углеродом поверхностных осадков в недра планеты. Уже там, в условиях мантии, часть углерода превратилась в алмаз. Затем алмазоносная порода вернулась ближе к поверхности, разрушилась и оставила в осадочных толщах обломки карбонадо.

Аттила Демень, Петер Немет и коллеги изучили карбонадо из формации Томбадор в Бразилии. Они измерили изотопный состав углерода, просканировали камни рентгеновскими методами и рассмотрели зерна под электронным микроскопом.

Первой задачей стала стекловидная поверхность. Если бы она возникла при ударе, в структуре алмаза сохранились бы следы ударной деформации. Но в изученных образцах обычные кристаллы алмаза продолжались до самой поверхности — признаков ударной деформации не нашли. На части камней обнаружили тонкое покрытие анатаза (диоксид титана). Под ним кристаллы алмаза оставались сохранными, а гладкая поверхность пересекала и слой анатаза, и участки открытого алмаза. Это значит, что стекловидная поверхность возникла уже после выпадения анатаза — вероятно, жидкости слегка растворили алмаз и покрытие.

Роль удара

Соотношения изотопов в большинстве камней оказались похожи на показатели углерода, оставленного древними живыми организмами. У одного зерна значение заняло промежуточное положение между типичным карбонадо и алмазами из глубин Земли — это может означать смешение источников.

Для превращения органического вещества в алмаз оно должно попасть на огромную глубину. По словам Деменьи, наиболее вероятный механизм — субдукция, при которой материал поверхности уходит в недра вместе с литосферной плитой. Движение должно было быть очень быстрым: иначе поры внутри карбонадо исчезли бы под давлением.

Авторы предполагают, что на молодой Земле столь быстрое погружение могло быть вызвано крупным ударом. В ранней истории планета подвергалась бомбардировке телами диаметром от 100 до 200 км. Такие столкновения могли инициировать необычно интенсивную субдукцию. В этой модели богатые органикой осадки увлекло вниз, давления преобразовали углерод в алмаз, а поднимающаяся магма раздробила породу и вынесла фрагменты наверх. Позднее жидкости создали гладкую поверхность, которую раньше связывали с ударным оплавлением.

Что остается неясным

Ученые пока не связали карбонадо с конкретным древним столкновением. В образцах не найден минерал-включение, которое однозначно подтвердило бы, что вещество коры оказалось в мантии до формирования алмазов. Неясно и время сглаживания поверхности. Поэтому органическое происхождение углерода и запуск быстрого погружения ударом — рабочие предположения, а не окончательные факты.