ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБРАЗОВАНИЯ МАКРО-, МИКРО- И НАНОАЛМАЗОВ В ПРИРОДЕ

С.К. Симаков

Аннотация


В природных объектах можно выделить три основные группы алмазов, различающихся по условиям образования и размерности. Это макроалмазы, имеющие размеры от 1 мм до сантиметров, связанные с глубинными мантийными породами Земли. Микроалмазы, имеющие размеры от 1 до сотен мкм, встречающиеся в породах земной коры. Наноалмазы, имеющие размеры менее 100 нм, связанные с органическим веществом и отмеченные на сегодняшний день в большинстве своем в космосе. На основе теоретических и экспериментальных данных можно заключить, что в природе алмазы могут образовываться в широком интервале температур Т и давлений Р, как в области стабильности алмаза, так и в области его метастабильности, при этом их размерность возрастает по мере роста Р и Т. Общей чертой для всех групп является наличие в них азота, который является их основной примесью и отмечается во всех типах алмазов. Вхождение атомов азота в структуру алмаза является стабилизирующим фактором их образования как в условиях их термодинамической стабильности, так и в условиях их метастабильности.

Ключевые слова


алмаз, наноалмазы, кимберлиты, земная мантия, метеориты, флюиды, органика.

Полный текст:

PDF

Литература


Гаврилов Е.Я., Кулибакина И.Б., Старосельский В.И., Арефьев О.А. Изопренаны и изотопный состав углерода – геохимические показатели генетической природы нефтей // Геология нефти и газа. – 1990. – № 2. – С. 32–34.

Галимов Э.М. Вариации изотопного состава алмазов и их связь с условиями образования // Геохимия. – 1984. – № 8. – C. 1091– 1117.

Галимов Э.М. Изотопы углерода в нефтегазовой геологии. – М. : Недра, 1973. – 384 с.

Галимов Э.М., Прохоров В.С., Федосеев Д.В., Варнин В.П. Гетерогенные изотопные эффекты по углероду при синтезе графита и алмаза из газа // Геохимия. – 1973. – № 3. – С. 416–425.

Дубинчук В.Т., Коченов А.В., Пеньков В.Ф., Сидоренко Г.А., Успенский В.А. О новообразованиях в органическом веществе осадочных пород под воздействием радиоактивного излучения // Докл. АН СССР. – 1976. – Т. 231. – С. 973–976.

Ковалевский В.В. Природные карбиды в шунгитовых породах // ХХI съезд минералогического общества. Тезисы. – СПб., 2010.

Лаврова Л.Д., Печников В.А., Плешаков А.М., Надеждина Е.Д., Щуколюков Ю.А. Новый генетический тип алмазных месторождений. – М. : Научный мир, 1999. – 221 с.

Неручев С.Г., Рогозина Е.А. Геохимические основы прогноза нефтегазоносности. Курс лекций для молодых специалистов. – 2010. – 279 c.

Новгородова М.И., Юсупов Р.Г., Дмитриева М.Т. Кубический карбид кремния в срастании с графитом и алмазом из мумие // Докл. АН CCCP. – 1984. – T. 277. – C. 1222–1227.

Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. – М. : Наука, 1984. – 170 с. 262

Розен О.М., Зорин Ю.М., Заячковский А.А. Обнаружение алмаза в связи с эклогитами в докембрии Кокчетавского массива // Докл. АН СССР. – 1972. – Т. 203. – С. 674–676.

Руденко А.П., Кулакова И.И., Скворцова В.А. Химический синтез алмаза. Аспекты общей теории // Успехи химии. – 1993. – Т. 62. – С. 99–117.

Симаков С.К. Образование алмазов различной размерности в природных процессах // Доклады Академии наук. – 2014. (Принято к печати.)

Симаков С.К. Наноалмазы в нефти и её отходах: новый аспект утилизации // Биосфера. – 2012. – Т. 4. – С. 463–467.

Симаков С.К. Образование наноалмазов в природных процессах при низких Р–Т параметрах из флюидных систем // Доклады Академии наук. – 2011. – Т. 436. – С. 390–393.

Симаков С.К. Физико-химические условия образования алмазоносных парагенезисов эклогитов в породах верхней мантии и земной коры. – М., 2003. – 190 с.

Симаков С.К., Дубинчук В.Т., Новиков М.П., Дроздова И.А. Образование алмаза из углеродсодержащего флюида при Р–Т параметрах, соответствующих земной коре // Доклады Академии наук. – 2008. – Т. 421. – C. 98–100.

Федосеев Д.В., Дерягин Б.В., Варшавская И.Г., Семенова-Тян-Шанская А.С. Кристаллизация алмаза. – М. : Наука, 1984. – 134 с.

Федосеев Д.В., Галимов Э.М., Варнин В.П., Прохоров В.С., Дерягин Б.В. Фракционирование изотопов углерода в процессе физико-химического синтеза алмаза // Доклады Академии наук. – 1971. – Т. 201. – С. 1149–1151.

Чайковский Э.Ф., Розенберг Г.Х. Фазовая диаграмма углерода и возможность по- лучения алмаза при низких давлениях // Доклады Академии наук. – 1984. – Т. 279. – С. 1372– 1375.

Шумилова Т.Г. Способ поисков алмазов некимберлитового типа // Патент РФ № 2087012. 1997.

Шумилова Т.Г. Минералогия самородного углерода. – Екатеринбург, 2003. – 315 с.

Япаскурт О.В. Аспекты теории постседиментационного литогенеза // Литосфера. – 2005. – № 3. – С. 3–30.

Akashi M., Kanda H., Yamaoka S. High pressure synthesis of diamond in the system of graphite-sulfate and graphite-hydroxide // Jap. J. Appl. Phys. – 1990. – Vol. 29. – P. L1172–1174.

Alexander C.M. O’D., Russell S.S., Arden J.W., Ash R.D., Grady M.M., Pillinger C.T. The origin of chondritic macromolecular organic matter: A carbon and nitrogen isotope study // Meteoritics Planet. Sci. – 1998. – Vol. 33. – P. 603–622.

Anders E.A., Zinner E. Interstellar grains in primitive meteorites: Diamond, silicon carbide, and graphite // Meteoritics. – 1993. – Vol. 28. – P. 490–514.

Antal M.J.Jr., Brittain A., DeAlmeida C., Ramayya S., Roy J.C. Heterolysis and homolysis in supercritical water // Amer. Chem. Soc. Symp. Ser. – 1987. – Vol. 329. – P. 77–86.

Arima M., Inoue M. High pressure experimental study on growth and resorption of diamond in kimberlite melt. VIth Intern. Kimb. Conf. Extended Abstracts. – Novosibirsk, 1995. – P. 8–10.

Badziag P., Verwoerd W.S., Ellis W.P., Greimer N.R. Nanometer-sized diamonds are more stable than graphite // Nature. – 1990. – Vol. 343. – P. 244–245.

Bauschlicher C.W., Liu Y.Jr., Ricca A., Mattioda A.L., Allamandola L.J. Electronic and vibration spectroscopy of diamondois and the interstellar infrared bands between 3.35 and 3.55 m // Astrophys. J. – 2007. – Vol. 671. – P. 458– 469.

Bundy F.R. The P-T Phase and relation diagram for C elemental carbon // J. Geophys. Res. – 1980. – Vol. 85. – P. 6930–6936.

Bundy F.R., Bovenkerk H.P., Strong H.M., Wentorf R.H.Jr. Diamond-graphite equilibrium line from growth and graphitization of diamond // J. Chem. Phys. – 1961. – Vol. 35. – P. 383–391.

Busigny V., Bebout G.E. Nitrogen in the silicate Earth: speciation and isotopic behavior during mineral-fluid interactions // Elements. – 2013. – Vol. 9. – P. 353–358.

Capelli M.A. Apparatus and method for synthesizing diamond in supercritical water: US Patent 5417953A, 1995.

Cartigny P. Stable isotopes and the origin of diamond // Elements. – 2005. – Vol. 1. – P. 79– 84.

Cartigny P., De Corte K., Shatsky V.S., Ader M., De Paepe P., Sobolev N.V., Javoy M. The origin and formation of metanorphic microdiamonds from the Kokchetav massif, Kazakhstan: a nitrogen and carbon isotopic study // Chem. Geol. – 2001. – Vol. 176. – P. 265– 281.

Dahl J.E., Liu S.G., Carlson R.M.K. Isolation and structure of higher diamondoids, nanometer-sized diamond molecules // Science. – 2003. – Vol. 299. – P. 96–99.

De Corte K., Cartigny P., Shatsky V.S., De Paepe P., Sobolev M.V., Jovay M. Characteristics of microdiamond from UHPM rocks of the Kokchetav massif (Kazakhstan) // Proc. 7th Intern. Kimberlite Conf. – 1999. – Vol. 1. – P. 174–182.

Dobrzhinetskaya L.F., Eide E.A., Larsen R.B., Sturt B.A., Tronnes R.G., Smith D.C., Taylor W.R., Posukhova T.V. Microdiamonds in high-grade metamorphic rocks of the Western Gneiss region, Norway // Geology. – 1995. – Vol. 23. – P. 597–600.

Gamarnik M.Y. Energetical preference of diamond nanoparticles // Phys. Rev. B: Condensed Matter. – 1996. – Vol. 54. – P. 2150–2156.

Gurney J.J., Helmstaedt H.H. Type IIa diamonds and their enhanced economic significance // Proc. 10th Intern. Kimb. Conf. – Bangalore, India, 2012. – Long Abstract No 123.

Haggerty S.E. Diamond in a multyconstrained model // Nature. – 1986. – Vol. 320. – P. 34–38.

Harris J.W. Diamond geology // Field J.E. (Ed.) The Properties of Natural and Synthetic Diamond. – London : Acad. Press, 1992. – P. 345–393.

Hirano S., Shimono K., Naka S. Diamond formation from glassy carbon under high pressure and temperature conditions // J. Mater. Sci. – 1982. – Vol. 17. – P. 1856–1862.

Hong S.M., Akashi M., Yamaoka S. Nucleation of diamond in the system of carbon and water under very high pressure and temperature // J. Cryst. Growth. – 1999. – Vol. 200. – P. 326–328.

Jiang Q., Li J.C., Wilde G. The size dependence of the diamond-graphite transition // J. Phys: Condensed Matter. – 2000. – Vol. 12. – P. 5623–5627.

Kirkley M.B., Gurney J.J., Otter, M.L., Hill S.J., Daniels L.R. The application of C isotope measurements to the identification of the sources of C in diamonds – a review // Appl. Geochem. – 1991. – Vol. 6. – P. 477–494.

Kouchi A., Nakano H., Kimura1 Y., Kaito C. Novel routes for diamond formation in interstellar ices and meteoritic parent bodies // Astrophys. J. – 2005. – Vol. 626. – P. L129–L132.

Kumar M.D.S., Akashi M., Yamaoka S. Formation of diamond from supercritical H2O + CO2 fluid at high pressure and temperature // J. Cryst. Growth. – 2000. – Vol. 213. – P. 326–328.

Larsen R.B., Eide E.A., Burke E.A.J. Evolution of metamorphic volatile during exhumation of microdiamond-bearing granulites in the Western Gneiss Region, Norway // Contrib. Mineral. Petrol. – 1988. – Vol. 133. – P. 106–121.

Lewis R.S., Ming T., Wacker J.F., Anders E., Steel E. Interstella diamonds in meteorites // Nature. – 1987. – Vol. 326. – Р. 160–162.

Manuella F.C. Can nanodiamonds grow in serpentinite-hosted hydrothermal systems? A theoretical modelling study // Mineral. Magaz. – 2013. – Vol. 77. – P. 3163–3174. 263

Moore A.E. Type II diamonds: Flamboyant Megacrysts? // South Afr. J. Geol. – 2009. – Vol. 112. – P. 23–38.

Nakano H., Kouchi A., Arakawa M., Kimura Y., Kaito C., Ohno H., Hondoh T. Alteration of interstellar organic materials in meteorites’ parent bodies: a novel route in diamond formation // Proc. Jap. Acad. Ser. B. – 2002. – Vol. 78. – P. 277–281.

Newton J., Bischoff A., Arden J.W. Geiger T., Pillinger C.T. Acfer 094, a uniquely primitive carbonaceous chondrite from the Sahara // Meteoritics. – 1995. – Vol. 30. – P. 47–56.

Okay A.I. Petrology of diamond and coesitbearing metamorphic terrain Dablie Shan, China // Eur. J. Mineral. – 1993. – Vol. 5. – P. 659–675.

Onodera A., Irie Y., Higashi K., Umemura J., Takenaka T. Graphitisation of amoprphous carbon at high pressures to 15 GPA // J. Appl. Phys. – 1991. – Vol. 64. – P. 2611–2614.

Pal’yanov Yu.N., Sokol A.G., Borzdov Yu.M., Khokhryakov A.F., Sobolev N.V. Diamond formation from mantle carbonate fluids // Nature. – 1999. – Vol. 400. – P. 417–418.

Pechnikov V.A., Kaminsky F.V. Diamond potential of metamorphic rocks in the Kokchetav Massif, northern Kazakhstan // Eur. J. Mineral. – 2008. – Vol. 20. – P. 395–413.

Russel S.S., Arden J., Pillinger T. A carbon and nitrogen isotope study of diamond from primitive chondrites // Meteor. Plan. Sci. – 1996. – Vol. 31. – P. 343–355.

Sato K. and Katsura T. Sulfur: a new solvent-catalyst for diamond synthesis under highpressure and high-temperature conditions // J. Cryst. Growth. – 2001. – Vol. 223. – P. 189– 194. 264

Schertl H.P., Sobolev N.V. The Kokchetav Massif, Kazakhstan: ‘‘Type locality’’ of diamond-bearing UHP metamorphic rocks // J. Asian Earth Sci. – 2013. – Vol. 63. – P. 5–38.

Shul’zenko A.A., Getman A.F. Verhafren zur synthese von diamanten // German Patent. № 2032103, 1971.

Simakov S.K. Metastable nanosized diamond formation from C-H-O fluid system // J. Mater. Res. – 2010a. – Vol. 25. – P. 2336–2340.

Simakov S.K. Perspectives of nanodiamond formation from the organic matter at low P-T parameters. Nature Precedings. – 2010b. – doi:10.1038/npre.2010.4924.1.

Simakov S.K. Garnet-clinopyroxene and clinopyroxene geothermobarometry of deep mantle and crust eclogites and peridotites // Lithos. – 2008. – Vol. 106. – P. 125–136.

Simakov S.K. Redox state of Earth’s upper mantle peridotites under the ancient cratons and its connection with diamond genesis // Geoch. Cosm. Acta. – 1998. – Vol. 62. – P. 1811–1820.

Sobolev N.V., Shatsky V.S. Diamond inclusions in garnets from metamorphic rocks; a new environment for diamond formation // Nature. – 1990. – Vol. 343. – P. 742–746.

Stachel T., Harris J.W. The origin of cratonic diamonds – Constraints from mineral inclusions // Ore Geol. Rev. – 2009. – Vol. 34. – P. 5–32.

Tielens A.G.G.M., Seab C.G., Hollenbach D.J., McKee C F. Shock processing of interstellar dust: Diamonds in the sky // Astroph. J. – 1987. – Vol. 319. – Р. L109–L113.

Wehley P.A., Tester J.W. Fundamental kinetics of methanol oxidation in supercritical water // Amer. Chem. Soc. Symp. Ser. – 1989. – Vol. 406. – P. 259–275.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v6i3.222

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"