Как алмазы попадают на поверхность из глубоких недр? Раскрыт химический механизм, освобождающий алмазы из 150-километрового плена

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Все алмазы, формируются в условиях экстремального давления на глубине свыше 150 километров. А поверхности Земли они достигают благодаря уникальному геологическому процессу — кимберлитовому извержению. Скорость подъема этой мантийной магмы должна быть очень высокой, до 130 км/ч, чтобы предотвратить обратное преобразование алмазов в графит — их стабильную форму при низких давлениях. Долгое время точный механизм, обеспечивающий такое ускорение, оставался не совсем понятным.

Новое исследование сводит эту проблему к точным химическим параметрам. Оказывается, возможность извержения и, следовательно, выноса алмазов на поверхность, определяется не столько объемом магмы, сколько критической концентрацией одного летучего компонента — диоксида углерода.

Недействующий алмазный рудник Джерико (находится на месте одноименной трубки), Нунавут, Канада. На заднем плане за открытым карьером видны объекты рудника (здания и парк топливных резервуаров).
Недействующий алмазный рудник Джерико (находится на месте одноименной трубки), Нунавут, Канада. На заднем плане за открытым карьером видны объекты рудника (здания и парк топливных резервуаров).
Автор: By Tom Churchill Источник: commons.wikimedia.org
Материнский расплав

Основная сложность изучения кимберлитов заключается в том, что геологи имеют дело с конечным продуктом — застывшей породой, сильно измененной в процессе подъема и извержения. Состав исходной, (или прото-кимберлитовой), магмы в момент ее зарождения в мантии невозможно измерить напрямую. Она содержит обломки пород, захваченных по пути (ксенолиты), и претерпевает значительные химические изменения. Это не позволяло точно определить, какие именно факторы придают ей уникальные свойства, в первую очередь — способность к сверхбыстрому подъему.

Схема образования кимберлитовой трубки при взрывном извержении вулкана с изображённым магматическим очагом
Схема образования кимберлитовой трубки при взрывном извержении вулкана с изображённым магматическим очагом
Автор: Asbestos Источник: commons.wikimedia.org

Без понимания исходной химии расплава любые теории о движущей силе извержения оставались гипотетическими. Было ясно, что ключевую роль играют летучие газы, такие как вода и CO₂, но их точные функции и необходимые концентрации были неизвестны.

Процедура расчета коэффициентов атомной самодиффузии и их сравнение с литературными данными
Процедура расчета коэффициентов атомной самодиффузии и их сравнение с литературными данными
Автор: Anzulović A, al. et (2025) Источник: gsapubs.figshare.com
Моделирование процесса

С целью выяснить подробности, группа исследователей под руководством Аны Анзулович из Университета Осло применила метод молекулярной динамики. Они создали цифровую модель кимберлитового расплава трубки Джерико в Канаде и начали систематически изменять в ней содержание воды (H₂O) и углекислого газа (CO₂).

Стояла цель отследить изменение плотности магмы по мере ее виртуального подъема, то есть при последовательном снижении давления и температуры. Ключевым параметром для анализа была плавучесть — способность расплава оставаться менее плотным, чем окружающие породы континентальной коры (кратона). Если на каком-то этапе моделирования плотность магмы превышала плотность коры, это означало, что в реальности ее подъем прекратился бы.

Аппроксимация данных о плотности расплава с помощью уравнения состояния Берча-Мурнагана третьего порядка
Аппроксимация данных о плотности расплава с помощью уравнения состояния Берча-Мурнагана третьего порядка
Автор: Anzulović A, al. et (2025) Источник: gsapubs.figshare.com
Двойная функция летучих компонентов

Результаты моделирования продемонстрировали, что вода и углекислый газ выполняют две разные, но взаимодополняющие функции.

Вода отвечает за поддержание низкой вязкости расплава. Ее присутствие не дает магме загустеть, сохраняя ее текучесть и подвижность на протяжении всего пути сквозь мантию и кору.

Углекислый газ является основным двигающим агентом. Его действие разделяется на два этапа:

  1. На большой глубине, под высоким давлением, CO₂ находится в растворенном состоянии. Он встраивается в силикатную структуру расплава, эффективно снижая его общую плотность. Этого достаточно, чтобы обеспечить начальную плавучесть и запустить процесс подъема магмы сквозь мантию.
  2. Вблизи поверхности, при резком падении давления, происходит экзолюция — стремительное выделение CO₂ из расплава в виде газовой фазы. Этот процесс приводит к многократному увеличению объема магматической смеси и созданию избыточного давления, которое выталкивает кимберлит на поверхность со взрывной силой.
Метод интерполяции, примененный для определения содержания углерода, необходимого для достижения нейтральной плавучести
Метод интерполяции, примененный для определения содержания углерода, необходимого для достижения нейтральной плавучести
Автор: Anzulović A, al. et (2025) Источник: gsapubs.figshare.com
Количественный порог извержения

Наиболее важным результатом исследования стало определение конкретного количественного порога. Модель показала, что для успешного извержения кимберлита Джерико необходимо, чтобы в исходном расплаве содержалось не менее 8,2% углекислого газа.

При меньшей концентрации CO₂ плотность магмы на подходе к континентальной коре оказывается выше плотности окружающих пород. В таком случае расплав теряет плавучесть и застывает, не достигая поверхности. Извержения не происходит.

Это открытие доказывает, что само существование алмазоносных трубок зависит от точного химического состава мантийного источника. Метод, позволивший связать поведение отдельных атомов в цифровой модели с геологическими процессами планетарного масштаба, позволяет лучше изучить недра Земли в будущем.

Изображение в превью:
Автор: By Tom Churchill
Источник: commons.wikimedia.org

1 комментарий

MsmuAlligator
Если на каком-то этапе моделирования плотность магмы превышала плотность коры, это означало, что в реальности ее подъем прекратился бы.

Это точный перевод? Такое впечатление, что либо переводчики, либо сами исследователи сильно упрости суть процесса… свести всё к банальной плотности? Это же не подъём твёрдого тела внутри жидкости, а наоборот: расплав движется внутри твёрдого массива. Очевидно, что решающее значение имеет давление, которого либо достаточно, чтоб выталкивать расплавленную магму вверх, либо недостаточно.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор портативного паяльника Alientek T80P: подробный тест точности нагрева и поддержания температуры

Развитие микроэлектроники и импульсных силовых устройств привело к постепенному вытеснению классических громоздких сетевых паяльных станций высокоэффективными портативными решениями. Появление...

Венский шницель: как тонкая телятина получает воздушную хрустящую панировку, которая не должна плотно прилипать к мясу

У хорошего венского шницеля есть странная особенность: его панировка ведёт себя так, будто хочет отделиться от мяса. Она поднимается пузырями, образует складки и местами оставляет между собой и...

Можно ли охладить Венеру и сделать её пригодной для жизни

Венера почти такого же размера, как Земля, а сила тяжести на ней лишь немного меньше земной. При этом на её поверхности температура достигает 465 градусов, а плотная углекислотная атмосфера...

Закрытый кузов, полный привод и «пневма»: каким мог стать наследник ЛуАЗа

Маленький ЛуАЗ охотно покупали для деревни, рыбалки и поездок по таким дорогам, куда на обычной легковушке лучше было не сворачивать. На шоссе удовольствия от него было гораздо меньше: тесный...

Самый суровый экзамен советского внедорожника: как обычная «Нива» проработала 15 лет в Антарктиде и осталась на ходу

Антарктида — это край, где техника испытывается на предел. Морозы, пронизывающие ветры, солёный воздух и полная изоляция превращают любую поломку в серьёзную проблему. В таких условиях...