Российские ученые совместно с немецким коллегой выявили новый фактор, который способствует образованию алмазов в мантии Земли. Оказалось, что, кроме высоких температур и давлений, на кристаллизацию алмаза влияет электрическое поле. Небольшое напряжение, менее одного вольта, запускает серию электрохимических реакций, приводящих к восстановлению углерода карбонатов и кристаллизации алмаза. Полученные результаты расширяют представления о минералообразующих процессах в мантии, а разработанная методика направленного синтеза перспективна для получения алмазов и других углеродных материалов с необычными свойствами. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ), кратко о полученных результатах рассказала пресс-служба фонда.
«Наша лаборатория проводит исследования по экспериментальной минералогии алмаза, используя оригинальную беспрессовую аппаратуру высокого давления "разрезная сфера" (БАРС). Направления исследований лаборатории связаны с моделированием природного алмазообразования и выращиванием его кристаллов со специальными свойствами для высокотехнологических применений», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ, доктор геолого-минералогических наук Юрий Пальянов, заведующий лабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса Института геологии и минералогии имени В. С. Соболева СО РАН (Новосибирск).
По современным представлениям, существование электрических полей в глубинных зонах Земли считается общепризнанным, но влияние их на минералообразующие процессы пока не изучено. Карбонаты обнаружены в качестве включений в природных алмазах и представляют собой наиболее вероятную алмазообразующую среду, которая в условиях мантии Земли характеризуется высокой электропроводностью. «Эти обстоятельства натолкнули нас на мысль о возможном влиянии электрического поля на мантийные процессы. Для экспериментальных исследований мы разработали специальную электрохимическую ячейку, позволяющую в условиях высоких температур и давлений воздействовать на вещество электрическим полем», — комментирует Юрий Пальянов.
Ученые из ИГМ СО РАН впервые предложили и экспериментально обосновали модель образования алмаза в условиях мантии Земли при воздействии электрического поля на карбонатные и карбонатно-силикатные расплавы, соответствующие по составу природным алмазообразующим средам. В работе установлено, что за счет разности потенциалов (0,4–1 вольт, что втрое меньше, чем у пальчиковой батарейки) происходит экстракция углерода из карбонатов и кристаллизация алмаза на катоде (отрицательно заряженном электроде) в ассоциации с мантийными минералами. В изученном процессе карбонаты являются главными компонентами среды кристаллизации алмаза и единственным источником углерода. Это подтвердили высокоточные исследования изотопного состава углерода карбонатов и образующихся из них алмазов, которые проведены в Немецком исследовательском центре наук о Земле в Постдаме.
«Полученные результаты ясно демонстрируют, что электрические поля могут значимо влиять на мантийные минералообразующие процессы, изотопное фракционирование углерода и глобальный углеродный цикл, — подводит итог Юрий Пальянов. — Оригинальная методика и первые экспериментальные данные открывают перспективы дальнейших исследований в минералогии, петрологии и геохимии мантии Земли под действием электрических полей, а также представляют интерес для разработки новых способов получения алмазов со специальными свойствами и других углеродных материалов».
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
