О генезисе алмазов

О происхождении (генезисе) алмазов в природе до сих пор еще нет единого мнения. Существуют лишь различного рода гипотезы, которые возникли в результате открытия коренных алмазоносных месторождений - кимберлитов.

Кимберлиты найдены во многих районах земного шара: в Южной, Центральной и Восточной Африке, в Восточной Сибири, Северной Америке, Индии, Бразилии и на о. Борнео.

Несмотря на то что кимберлиты образовались на различных континентах и в различные геологические эпохи, между ними есть очень много общего: как в физико-химическом и минералогическом отношении, так и в отношении геологических условий их формирования.

Существующие гипотезы об условии образования алмазов в природе объединяет одно общее мнение, что алмазы образовались под воздействием высоких температур и сверхвысоких давлений. Они возникли в недрах земной коры и были вынесены магмой на поверхность при извержении или в результате проявления вулканической деятельности при образовании кимберлитовых тел. Подобные точки зрения на образование алмазов в природе противоречат экспериментальным данным по растворению алмазов в силикатах и окислах, близких по составу к кимберлитам. Кроме того, алмазы сами по себе не выдерживают высоких температур и быстро перекристаллизовываются в графит в области предполагаемой температуры расплава магмы (1200-1400°С). По всей видимости, господствующие воззрения на генезис алмазов не соответствуют действительности.

В отношении происхождения (генезиса) алмазов установилось мнение, что природа тщательно скрыла следы условий их образования, но это оказалось неверным; к счастью для нас, природа не успела скрыть этого, и на примере коренных месторождений мы можем сказать, что природа оставила нам замечательный и очень важный документ того, где и при каких обстоятельствах образовались алмазы.

Согласно общепринятому представлению, кимберлиты образованы ультраосновными высокомагнезиальными производными перидотитовой магмы и представляют собой типичные интрузии^*, возникшие по линии разломов земной коры, обычно приуроченными к континентальным платформам.

^* (Интрузия - процесс внедрения магмы в земную кору; магматическое тело, образовавшееся при застывании магмы на глубине в земной коре.)

В местах разломов, по линиям пересечения трещин или на трещинах, в местах более мощного паро-газового прорыва, образовались громадные воронки, или "трубки" с верхним диаметром до нескольких сот метров. Среди коренных месторождений алмазы добывают главным образом в трубках. В трещинах тоже иногда обнаруживают алмазы, но в меньшем количестве и, как правило, худшего качества. Причем не все трубки являются алмазоносными. Из известных в Южной Африке 250 трубок только в 150 были обнаружены алмазы, а промышленное значение имеет не более 25 трубок. Кимберлиты образовались вследствие внедрения расплавленной магмы в трещины и трубки и включения в себя всего того, что было вынесено ею из глубин, и всего того, что попало в трубки и трещины из прилегающих пород при их образовании. Все алмазоносные трубки или трещины прорывают карбонатные породы: известняки, доломиты и т. п. Вследствие этого все кимберлиты всегда содержат в своем составе карбонатные минералы, главным образом кальцит, количество которого достигает иногда 40% по весу.

В настоящее время мы не можем судить об истинном составе магмы, принимавшей участие в формировании кимберлитовых тел. Мы можем только предполагать на основании изучения горных пород ультраосновного характера, что в минералогическом отношении магма состояла в основном на 50-70% из магнезиального оливина, изоморфно замещенного (на 10%) фаялитом (Mg, Fe[SiO₄]). Основными минералогическими компонентами кимберлитов являются серпентинизированный оливин и кальцит (CaCO₃), которые составляют до 85% массы кимберлитов. Кроме того, в алмазоносных кимберлитах находится в том или ином соотношении более 50 других минералов.

Большинство из них обнаруживается в незначительных количествах в виде отдельных включений.

Отличительной чертой алмазоносных кимберлитов является постоянное присутствие в них таких минералов, как: перовскит (CaTiO₃), диопсид (CaMg[Si₂O₆]), энстатит (Mg₂[Si₂O₆]), магнетит (Fe₃O₄), графит и алмаз, которые могут возникнуть в результате взаимодействия оливина и ильменита (FeTiO₃) с карбонатами кимберлитов, иногда в количестве нескольких процентов по весу. Характерной особенностью алмазоносных трубок является также и то, что содержание алмазов в них, как правило, падает с глубиной. По этой причине в некоторых рудниках Южной Африки работы были совершенно приостановлены из-за нерентабельности.

Среднее содержание алмазов в кимберлитах не превышает нескольких каратов на 1 м³ породы. Алмазы каждого месторождения имеют свою специфику, отличаясь какой-либо особенностью от алмазов других трубок, например, цветом, величиной, формой и т. д. Не однородны алмазы и в пределах одного месторождения.

На южноафриканском руднике "Премьер" насчитывается, например, до 1000 различных сортов алмазов, а всего ювелиры насчитывают около 10 000 торговых сортов алмазов. Все это указывает на то, что каждый кристалл алмаза выкристаллизовывался в специфических условиях. Кроме кимберлитов имеется много других изверженных ультраосновные пород, например дуниты, верлиты и др. Все эти породы близт в химическом отношении по образующим их окислам и минералогическому составу. Различие заключается главным образом в количественном соотношении их компонентов. Естественно возникает вопрос, почему же алмазы обнаруживаются главным образом в кимберлитах?

Ответ на поставленный вопрос вытекает как естественное следствие из изучения самих кимберлитов.

Если из весьма сложных условий возникновения и формирования кимберлитовых тел выделить наиболее существенное и главное, имеющее непосредственное отношение к генезису алмазов, то становится совершенно очевидным, что алмазы обнаруживаются исключительно там, где ультраосновная высокомагнезиальная магма во всем своем объеме пришла в тесное соприкосновение с карбонатными породами, вмещающими эту магму, главным образом с известняками и доломитами. Карбонатные породы явились тем источником углерода, из которого образовались алмазы.

Следовательно, в условиях образования кимберлитов произошло массовое восстановление содержащихся в них карбонатов. Восстановителями карбонатов были железосодержащие компоненты кимберлитов, главным образом железистый оливин и ильменит. В этих минералах железо находится в основном в форме закиси, которая переходит в процессе окисления в окисную форму.

Непосредственные опыты, поставленные автором с целью выяснения восстановительной активности железистого оливина и ильменита, показали, что эти минералы, особенно ильменит, в известных условиях могут быть восстановителями по отношению к кальциту.

Если принять за меру окисленности ультраосновных горных пород, взятых с приповерхностных зон, отношение содержащейся в них окиси железа (Fe₂O₃) к закиси железа (FeO), то оказывается, что все известные ультраосновные породы, кроме кимберлитов, имеют степень окисленности в пределах 0,32-0,65, тогда как степень окисленности всех известных кимберлитов лежит в пределе 1,2-4,3. Если сопоставить эти цифры со степенью окисленности оливина (0,127) и ильменита (0,236), взятых также с приповерхностных зон, то станет совершенно ясно, что в условиях образования кимберлитовых тел произошло массовое окисление содержащихся в них закисных соединений железа. Окислительным агентом в данных условиях могли быть главным образом карбонаты кимберлитов, а для верхних горизонтов частично и атмосферный кислород. Химический анализ образцов кимберлитов, взятых с различных глубин, указывает, что степень окисленности кимберлитов убывает по мере проникновения в глубь кимберлитового тела, при этом соответственно убывает и алмазоносность кимберлитов.

Минералогический состав кимберлитов показывает, что минералы, которые могут возникнуть в результате химической реакции оливина и ильменита с известняками, всегда присутствуют в кимберлитах. Незначительные количества алмазов или полное их отсутствие в некоторых кимберлитах объясняются несоблюдением полного комплекса условий, необходимых для их кристаллизации в данном кимберлитовом теле.

С рассматриваемой точки зрения легко объяснить и количественное уменьшение алмазов по мере углубления в нижние горизонты кимберлитовых трубок. Это объясняется главным образом тем, что термическая устойчивость карбонатов при температурах выше 500° в значительной степени зависит от давления. В нижних горизонтах кимберлитовых тел карбонаты были более устойчивы, т. е. процесс окисления кимберлитовой магмы и соответственно восстановления кимберлитов постепенно затухал по мере проникновения в глубь кимберлитовых тел. На глубине одного километра вышележащие породы создают давление около 300 кг/см², при этом кальцит диссоциирует около 1600°; такой температуры в кимберлитовых телах не было. По всей видимости, алмазы образовались в процессе формирования кимберлитов на месте, в самой трубке, в условиях сравнительно низких температур остывающей магмы.

К этому выводу привели также и расчеты в связи с термодинамическими условиями равновесия углерода с силикатами кимберлитов.