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
| Мнение | Наука и космос

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).
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
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
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
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
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

Лонгйир: город, в котором официально запрещено умирать

В мире много мест с откровенно странными законами, но крошечный норвежский городок Лонгйир, пожалуй, собрал самый причудливый фулл хаус из них. Ниже я расскажу, почему в городе на законодательном...

Новый источник энергии возрастом миллиард лет: в скалах Канадского щита обнаружили запасы белого водорода

Современная мировая экономика ежегодно потребляет миллионы тонн водорода. Объем этого рынка уже оценивается в 135 миллиардов долларов, и потребность в данном ресурсе продолжает расти. Водород...

5 Linux дистрибутивов похожих на macOS

Linux давно перестал быть системой только с терминалом. Сегодня среди дистрибутивов есть варианты, которые по логике интерфейса, доку, жестам, верхней панели и аккуратной визуальной составляющей...

10 причин почему не стоит устанавливать Linux: обилие дистрибутивов, плохая поддержка и терминал

Переход на Linux представляется многим пользователям персонального компьютера идеальным способом сбежать от навязчивых обновлений и телеметрии Windows. Однако самая свободная операционная система в...

Ловушка ленивого мозга: как мозг распределяет вычислительные ресурсы при обучении и почему правило «от простого к сложному» действительно работает

Разбиение сложной задачи на простые элементы — базовый принцип любого обучения. Мы усваиваем новую информацию последовательно: сначала изучаем отдельные буквы, затем слоги, и только...