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

Обзор зарядного устройства Baseus Super GaN Desktop Charger 100W: GaN-транзисторы, 93% КПД и независимые порты

На рынке зарядных устройств Baseus давно зарекомендовал себя как производитель качественной и доступной продукции. Модель Super GaN Desktop Charger 100W — это настольное зарядное с...

Обзор смартфона POCO X8 Pro — что скрывается за заявленными характеристиками

POCO X8 Pro — современный смартфон среднего класса. В этой статье я расскажу, как прогнал его через синтетические тесты, проводил анализ поведения под длительной нагрузкой, оценивал...

История компании Sony: от радиоприемников до виртуальной реальности

Если посмотреть на историю Sony, можно заметить одну странную вещь. Эта компания постоянно оказывалась в нужном месте в нужное время. Но не потому что ей везло. А потому что она сама создавала эти...

Сколько на самом деле можно загружать белья в стиральную машину и чем грозит перегруз

Когда мы покупаем стиральную машину, первое, на что мы смотрим, помимо цены, — это цифра на наклейке. 5, 6, 7 или 8 килограммов. Кажется, что всё просто: купил машину на...

✦ ИИ  Как у динозавров появился встроенный в тело «кондиционер»?

Когда мы представляем динозавров, в воображении часто возникают гигантские существа, бродящие под палящим солнцем древней Земли. Но возникает логичный вопрос: как они вообще выживали в таком...

✦ ИИ  Почему не стоит оставлять зарядку в розетке, когда телефон уже не подключен

У меня есть несколько знакомых, которые принципиально не вытаскивают зарядки из розеток. Говорят: «Зачем мне каждый раз нагибаться, если я все равно через пару часов снова поставлю телефон». У...