Необычный. Планета из алмаза

«Это наша первая попытка изучить внутреннее устройство каменистой планеты с радикально иным химическим составом по сравнению с Землей. Скорее всего, поверхность этой планеты покрыта слоями графита и алмазов, а не водой и гранитом», — заявил руководитель группы планетологов Никку Мадхусудхан (Nikku Madhusudhan) из Йельского университета (США).

Авторы статьи изучали новые данные о массе, размере и других параметрах экзопланеты 55 Cnc e, собранные в ходе последних транзитов — проходов планеты по диску светила — в 2011 и 2012 годах.

Данная планета была открыта в 2004 году американскими астрофизиками по небольшим периодическим колебаниям в скорости движения светила относительно Земли. Этот метод обнаружения не позволял вычислить точную массу, радиус и параметры орбиты планеты, из-за чего ее природа оставалась тайной для ученых.

В 2011 году астрофизики смогли «поймать» транзит 55 Cnc e при помощи орбитальной обсерватории MOST и найти точные значения этих параметров. В октябре прошлого года астрофизики под руководством Мишеля Гийона (Michael Gillon) из Университета Льежа в Бельгии проанализировали новые данные и пришли к выводу, что эта планета представляет собой гигантский водный мир.

Оказалось, что наиболее правдоподобной была модель, в которой суперземля состояла из углерода, карбида кремния и небольшого количества силикатов и массивного железного ядра. По словам ученых, такой состав недр экзопланеты 55 Cnc e исключает возможность существования на ней океана.

«Углеродная природа 55 Cnc e дает новый импульс идее о том, что каменистые планеты могут сильно отличаться друг от друга по химическому составу и геологии. Недра планет, состоящих из углерода и карбидов, проводят тепло совершенно не так, как это делает Земля, в результате чего, сценарий их геологической эволюции может сильно отличаться от земного», — заключают авторы статьи...

Но, все- таки, так как Планета- Алмаз входит в перечень "суперземель", тогда механизм образования алмазов возможно схож, с процессами происходящими на Земле.

...Алмаз, Адамант (греч. αδαμας) — первый между драгоценными камнями, кубическая кристаллическая аллотропная фаза углерода.

Греки называли его непобедимым (долго, еще в Средние века, держалось поверье, что алмаз растворяется в свежей козлиной крови) αδαμας, откуда и происходит его название: Diamant.

Алмаз кристаллизуется в правильной системе, являясь в виде октаэдров, гранатоэдров, сорокавосьмигранников и других полногранных форм. Некоторые октаэдры представляют двойники прорастания из двух одинаково развитых тетраэдров, и на этом основании принимают, что алмаз вообще кристаллизуется в тетраэдрическом гемиэдрическом отделении правильной системы. Плоскости и ребра алмаза часто закруглены, и самые кристаллы приближаются к шаровидной форме. 

Кроме хорошо образованных кристаллов, встречаются и радиально-лучистые шары - так называемый "борт". Округлые кристаллические неделимые или агрегаты черного алмаза носят название "карбоната" и при сгорании оставляют до 2 % золы. Алмаз обладает высшей твердостью = 10, совершенной спайностью по плоскости октаэдра и раковистым изломом; он хрупок вопреки мнению древних, которые думали, что скорее молот разлетится вдребезги, чем разобьется алмаз. Чрезвычайно сильный блеск (так наз. алмазный блеск), игра цветов, происходящая от сильного лучепреломления (показатель преломления = 2,42) и светорассеяния вместе с твердостью служат хорошими отличительными признаками алмаза. 

В хороших чистых экземплярах алмаз совершенно бесцветен и водянисто-прозрачен; но попадаются также и окрашенные — белые, серые, бурые, даже зеленые, желтые, красные, синие и черные разности. При исследовании в поляризованном свете обнаруживается иногда оптическая аномалия - несвойственное кристаллам правильной системы двойное лучепреломление; она объясняется внутренними натяжениями в кристалле. Указания на нахождение в некоторых алмазах органических тканей основано, по-видимому, на смешении с минеральными ветвистыми дендритами. В других кристаллах найдены несомненные микроскопические включения рутила, железного колчедана, пластинки железного блеска, ильменита. Удельный вес колеблется между 3,5 и 3,6.

По химическому составу алмаз существенно отличается от всех прочих драгоценных камней тем, что не состоит, подобно им, из силикатов или окислов, а представляет чистый углерод. При сильном накаливании при доступе кислорода алмаз сгорает без остатка и образует при этом чистую угольную кислоту; последнее было открыто Лавуазье после того, как еще в 1649 г. флорентийские академики, по предложению Космуса III, впервые улетучили алмазы в большом «чирнгаузенском» зажигательном зеркале. Густав Розе нашел, что алмаз, будучи сильно нагрет без доступа воздуха, переходит в другую разновидность углерода — в графит...

Поскольку все алмазы древности были добыты из россыпей, очень долго оставались непонятными условия образования этих сверкающих камней.

Исключительность свойств алмаза, также способствовала образованию вокруг него, ореола таинственности.

В восточных сказаниях говорится:

 "тот, кто носит алмаз, бывает угодным царям, слова его уважаются, сам он зла не боится, не теряет памяти и всегда бывает весел, но если алмаз истолочь в порошок и принять внутрь, то он, подобно яду, причинит смерть. Пристальное созерцание бриллианта разгоняет хандру, снимает с глаз мрачную завесу, делает человека проницательнее и настраивает на веселый лад".

Такие сведения отнюдь не проливали свет на происхождение алмаза. 

В конце 18 века ученые доказали углеродную природу алмаза, из чего следовало, что алмаз – родственник печной сажи. Это было достижением науки, но в качестве поискового признака оно не годилось. Поэтому первые коренные месторождения алмазов нашли случайно. Детям, игравшим блестящими камушками, человечество обязано открытием первых алмахных кладовых. Их обнаружили в 1870 году в Южной Африке у местечка Кимберли, откуда все алмазоносные породы всего мира стали называться кимберлитами. Такими породами заполнены редкие воронкообразные полости в земной коре, называемые также кимберлитовыми трубками, или трубками взрыва. 

Согласно первой гипотезе, высказанной на основании изучения трубки Кимберли, алмазы образовались в результате взаимодействия магматического расплава с пластами углей, обломки которых находили среди пород, заполнивших трубку. 

Но затем нашли алмазные трубки, которые не содержали угольных обломков. Были также найдены трубки, насыщенные углистым материалом, но совершенно лишенные алмазов.

Сейчас, пожалуй, наиболее распространена следующая гипотеза алмазного синтеза в недрах Земли. При высоких температурах и давлениях в глубинах нашей планеты существует силикатный расплав, из которого образуются горные породы.

Несколько сот миллионов лет назад отдельные, достаточно редкие (около 1000 на всю Землю) капли этого расплава оказались нагреты сильнее других и потому поплыли вверх. Они всплывали в разных местах, но больше всего их собралось в тех районах, которые теперь заняты южной оконечностью Африки и Сибирской платформой. Почему так произошло, ученые еще не выяснили полностью. 

Предполагают, что раньше наша планета имела один праматерик Пангею, в котором Африка и Сибирь были соседями. Пангея затем раскололась на Лавразию и Гондвану, а из них образовались современные материки. В результате дрейфа континентов Африка и Сибирь разошлись по поверхности планеты на многие тысячи километров. Капли попадали в окружение более холодных слоев магматического расплава, и на их поверхности начинали кристаллизовываться силикатные минералы, в результате капли оказывались в оболочке, а учитывая их достаточно солидные размеры, можно сказать, что в камере.

Особенностью химического состава капель было присутсвие так называемых "летучих компонентов" – воды, углекислоты и других газов, поэтому нет ничего удивительного в том, что-таки запечатывавшиеся капли могли взрываться. Взрыв прошивал земную кору, образуя трубку с небольшим расширением вверху, при этом кимберлитовый расплав, насыщенный летучими компонентами, вскипал, подобно шампанскому, в только что открытой бутылке. Происходило резкое охлаждение, и кимберлитовая лава кристаллизовывалась в виде одноименной породы, а летучие продолжали подниматься вверх, поэтому территория в окрестностях кимберлитовых трубок выглядела наподобие современной Долины гейзеров, где в клубах пара бурлят потоки горячей воды.

Внешние проявления этой экзотики сейчас отсутствууют, а вот струи из углекислоты, метана, азота и водорода геологи постоянно встречают в кимберлитовых трубках. Иногда такое дыхание земных недр бывает весьма ощутимым.

Однажды при бурении скважины на одной из кимберлитовых трубок неожиданно ударил газовый фонтан из метана и водорода и горел ярким факелом несколько дней.

Природу газов в кимберлитах удалось установить с помощью изотопного анализа углерода. Оказалось, что углерод из углекислоты и метана – тяжелый, т. е. имеет изотопный состав углерода такой же, как и в глубине Земли, в мантии. Отсюда ясен источник углерода самих алмазов – они действительно образуются в самом пекле.

Больше всего сведений о химическом составе внутренних зон Земли дает изучение не земных пород, а метеоритов, которые как считают ученые, являются основным строительным материалом Солнечной системы. Еще одним каналом информации о составе земных недр стали включения ультраосновных (бедных кремнекислотой) горных пород в кимберлитах, что само по себе подтверждает метеоритную гипотезу происхождения Земли.

Прежде чем стать кимберлитом, глубинный магматический расплав проходит, точнее проплывает, долгий путь из недр к поверхности. Вместе с алмазами кимберлитовая магма приносит образцы глубинных горных пород, из которых состоит земная мантия. Геологи называют такие образцы кимберлитовыми включениями и оказывают им исключительное внимание, так как эти породы доставлены на поверхность с глубины в несколько сот километров.

Изучение химического и минерального состава алмазных спутников-пришельцев из мантии дает очень ценную информацию о глубоких зонах нашей планеты.

Большинство ультраосновных включений в кимберлитах состоит из горной породы – перидотита, образованного двумя минералами – оливином и пироксеном. Это говорит в пользу предположения ученых о том, что земная мантия состоит в основном из перидотита.

Кроме минералов ультраосновных пород в кимберлитах находят более редкие минералы, например, одну из модификаций кварца – коэсит. В то же время другую модификацию кварца – стишовит, образующийся при более высоком давлении, в кимберлитах никогда не обнаруживали.

На основании этих сведений ученые сумели рассчитать максимальную глубину образования алмазоносных пород. Ее указала точка пересечения кривой инверсии коэсит – стишовит и континентальной геотермы, которая представляет собой зависимость температуры от глубины. Получилось, что максимальная глубина образования кимберлитов 300 км, на такой глубине господствует давление 100 килобар.

Максимальную глубину образования кимберлитов подсказали алмазы. Пересечение инверсионной кривой алмаз – графит с континентальной геотермой дает давление около 35 килобар и температуру 800 градусов, что соответствует глубине 105 км.

Условия кристаллизации алмаза таковы, что при понижении давления необходимо увеличение температуры. Следовательно, присутствие алмаза в кимберлите служит доказательством образования алмазной породы на глубине более 100 км.

Ультраосновные включения в кимберлитах – еще одно свидетельство исключительности условий, при которых возникают алмазы. 

Кимберлиты – породы вулканические, таких пород на Земле великое множество, и происхождение их связано с глубинным веществом мантии. Однако ультраосновные включения – почти полная монополия кимберлитов.

Существуют и другие предположения, объясняющие происхождение алмазов.

Среди них отсутствует одно – абсолютно верное, которое помогло бы налалить промышленный синтез ювелирных алмазов.

Объяснить, как образуются алмазы в кимберлитах, оказалось значительно труднее, чем освоить их промышленное производство. В начале 50-х годов 20 века с этой задачей как будто бы справились. В 1970 году промышленные предприятия США израсходовали 3,5 тонны искусственных алмазов. Но, несмотря на постоянный рост производства синтетических алмазов, добыча природных алмазов не только не сокращается, но и имеет тенденцию к расширению. Искусственные алмазы, к сожалению, обычно довольно низкого качества, поэтому используются только в технических целях. Да, и стоимость их производства достаточно высока.

Мастерство природы при изготовлении алмазных кристаллов остается

непревзойденным...

Бриллиантовый Рай?

Нижние слои атмосферы Юпитера и Сатурна могут содержать в себе огромные алмазы, а в их верхних слоях могут идти «алмазные дожди» благодаря сверхвысокому давлению на планетах-гигантах и высокой температуре их недр, заявили астрономы на ежегодной планетологической конференции Американского астрономического сообщества в Денвере.

Ученые достаточно давно предполагают, что недра крупных планет-гигантов могут содержать в себе гигантские алмазы, размеры которых могут достигать размеров крупных айсбергов. Пока не понятно, присутствуют ли такие «драгоценности» в атмосферах газовых гигантов в Солнечной системе, так как их формирование требует особой комбинации из высокой температуры и давления, при которых гигантский алмаз будет оставаться стабильным и продолжать «расти».

Мона Делитски из Калифорнийского технологического института в Пасадене (США) и Кевин Бэйнс из университета штата Висконсин в Мэдисоне (США) считают, что такие камни должны существовать в нижних слоях атмосфер Сатурна и Юпитера. Они пришли к такому выводу, объединив данные по плотности, температуре и давлению на них, собранные за последние пять лет.

Как объясняют ученые, в верхних слоях атмосферы на этих планетах нередко происходят бури, в ходе которых часть углеводородов превращаются в графит или сажу. Данная материя «падает» в нижние части атмосферы гигантов, где она, под влиянием особой комбинации температур и давлений, превращается в микро алмазы и продолжает двигаться по направлению к ядру гигантов.

Здесь они расплавляются и превращаются в жидкость, часть которой может «всплыть» в атмосферу Сатурна и Юпитера и превратиться в крупные алмазы, которые имеют шанс «вырасти» благодаря новым добавлениям из ядра планет. Поэтому, считают ученые, углеводородные небеса Юпитера и Сатурна могут быть буквальным образом усеяны алмазами. Данный факт, как шутят авторы доклада, оставляет возможность на то, что в будущем человечество сможет добывать эти камни при помощи роботизированных станций.

http://news.rambler.ru/21558431/

http://news.rambler.ru/15894217/

http://www.treeland.ru/article/pomo/gems/The_formation_of_diamonds