что будет если алмаз бросить в лаву
Можно ли расплавить алмаз?
Алмаз – это довольно редкий и дорогой камень. Рождается он в глубине земли и выходит на поверхность в виде кимберлитовой трубки. Открыт этот минерал был давно, но только в шестнадцатом веке учеными началось изучение свойств этого драгоценного камня. После многочисленных опытов физиками был дан ответ о строении и свойствах алмаза.
Но изучение этого минерала продолжается до сих пор. В настоящее время нет точного ответа на вопрос — что будет, если расплавить алмаз? Открытие строения структуры и свойств минерала, позволило использовать его не только как ювелирное украшение, но и в различных отраслях промышленности.
Структура и свойства алмаза
По структуре алмаз представляет собой кристаллическую решетку атомов углерода с очень прочной связью, которая определяет его свойства.
Особенность строения кристаллической решетки минерала делает его хрупким. При сильном ударе по камню, он раскалывается на мелкие части. Это его свойство используется ювелирами при огранке алмазов.
Если основные свойства алмаза в большей степени изучены, то какими свойствами будет обладать минерал, если его попробовать расплавить? Экспериментальные опыты на тему: «как расплавить алмаз», физиками проводились и проводятся в настоящее время.
Как расплавить алмаз
Физикам удалось, вследствие эксперимента, получить жидкие капли алмаза, но измерить температуру плавления и зафиксировать новые свойства минерала в этом состоянии, не получилось. При нагревании алмаза обычным способом в воздушном пространстве до температуры в 1000 градусов по Цельсию, он сгорает, а в вакууме, при температуре 2000 градусов, превращается в графит.
Ученые, в процессе эксперимента, решили воздействовать на природный алмаз в одну десятую карата высокой температурой, 3500 градусов по Цельсию и высоким давлением ударной волны (давление достигало 11 млн атмосфер) с помощью лазерных импульсов.
При постепенном понижении температуры и давления, появились образования в виде кусочков льда, не тонущих на поверхности образовавшейся жидкости. Количество этих твердых образований при неизменной температуре и пониженном давлении все больше и больше увеличивалось.
В виду сложности условий эксперимента, изучить свойства расплавленной формы алмаза не удалось. Однако подобные проявления зафиксированы на Нептуне и Уране. Есть вероятность, что в недрах этих планет существуют моря из расплавленных алмазов.
Расплавит ли лава алмаз?
Температура лавы колеблется от 500 до 1200 градусов. Температура плавления алмаза начинается от 3500 градусов (при этом необходимо давление более 11 ГПа). Так что нет, лава алмаз расплавить не способна. Однако она способна его сжечь, т.к. при атмосферном давлении алмаз сгорает при температуре 1000 градусов.
Интересный факт. В 2013 году в лаве действующих вулканов на Камчатке были обнаружены россыпи алмазов. Как такое возможно, если они должны сгорать. После ряда исследований ученые сделали вывод, что это новообразовавшиеся алмазы с новыми свойствами. Им даже дали отдельное название — толбачинские. Как говорится в сообщении: «алмазы образовались в вулканических газах в результате шоковой кристаллизации под действием грозовых электрических разрядов».
Российский вулкан извергается особыми алмазами. Откуда они там взялись?
Человечество впервые познакомилось с алмазами не менее 3 000 лет назад. Откуда берутся алмазы? Большинство из них формируются глубоко под Землей, на глубине примерно 200 километров и более, а затем выносятся на поверхность с помощью вулканической магмы во время извержений. Однако исследователи, изучающие извержение вулкана Толбачик на Камчатском полуострове в России, обнаружили небольшие алмазы еще в 2012-2013 годах, которые, как оказалось, образовались вовсе не из магмы. Кроме того, они были не похожи ни на одни алмазы в мире, а их количество превысило несколько сотен. Откуда же взялись эти необычные алмазы?
Вулкан Толбачик является одним из немногих активных на Камчатке
Как добывают алмазы
«Самый простой» способ получения алмазов — это взять углерод и подвергнуть его воздействию огромного давления в слоях мантии Земли. Затем углерод взаимодействует с другими породами, которые находятся в мантии, которые называют кимберлитами. Свое имя они получили в честь одной из самых известных и производительных алмазных шахт в мире в Кимберли, Южная Африка. Именно кимберлиты являются одним из коренных источников алмазов. Затем вулканы поднимают эти породы ближе к поверхности, и человек с помощью шахт может получить доступ к алмазам, из которых впоследствии делают бриллианты.
Однако кимберлитового извержения не было в истории человечества… ну, очень давно. Самое последнее известное науке подобное явление могло произойти от 10 000 до 20 000 лет назад в Танзании, и то исследователи спорят, было ли оно вообще. Более распространенная теория говорит о том, что последнее извержение алмазов произошло 30 миллионов лет назад — там, где сейчас Демократическая Республика Конго. И все это время человечество добывает алмазы, полученные благодаря этим давним извержениям.
Есть ли алмазы в России?
Итак, откуда же тогда появились алмазы на Камчатке? Самый восточный полуостров в России является зоной, где активничает Тихоокеанская плита. Именно из-за нее в этом месте есть ряд действующих вулканов, начинающихся в Японии и идущих на север к Камчатке. В России к высокоактивным вулканам относятся Шивелуч, Ключевский и Безымянный. Это не совсем те места, где ожидаешь найти алмазы, образованные в мантии Земли.
И все же алмазы были найдены около вулкана Толбачик. Этот российский вулкан произвел одно из крупнейших извержений лавового потока в нашем веке, сбросив более 1/10 кубического километра лавы. В результате извержения произошли взрывы, образовались лавовые фонтаны, которые достигли высоты в сотни метров.
Извержение вулкана Толбачик в 2012-13 годах. Фото NASA.
В статье ученых, которые изучали извержение, подробно описываются крошечные алмазы, которые они нашли в лаве из Толбачика. Эти кристаллы от 250 до 700 мкм (0,7 миллиметра), которые в основном встречаются в скалах, образованных после извержения вулкана.
Алмазы на вулкане Толбачик
Если они не возникли в глубине мантии, каковы источники этих алмазов?
Ученые решили посмотреть на состав найденных камней. Удивительно, но состав примесей таких элементов, как азот, фтор, хлор и кремний в алмазах, соответствовал составу вулканических газов из Толбачика. Это говорит о том, что они могли образовываться из газов, выделяющихся во время извержения.
Микроалмазы, обнаруженные в лаве после извержения 2012-13 гг. на вулкане Толбачик.
Однако у этих бриллиантов может быть еще один потенциальный источник: люди! Могут ли эти крошечные алмазы на самом деле быть результатом побочных продуктов бурения или самих инструментов для отбора проб? Нет, вероятность этого исключили почти сразу. Большинство алмазов, используемых в промышленности, являются синтетическими и имеют определенный изотопный состав азота. Ученые исследовали изотопный состав азота у Толбачинских алмазов и, они не были синтетическими. По их мнению, эти алмазы образовались естественным образом из вулканических газов, выделяющихся из лавы.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на нас в Google Новостях, чтобы не пропускать новые материалы.
Возможно ли это? Явление кристаллизации под действием грозовых электрических разрядов не новое, и именно так, по словам исследователей, появились эти алмазы. Также данную теорию подкрепляет от факт, что найденные камни сильно отличаются от других известных алмазов. У них другая температура сгорания, иной состав микропримесей. То есть это не синтетические камни, но в то же время отличающиеся от образованных естественным образом из магмы.
Если вы уже собрали чемоданы и взяли билет на Камчатку, чтобы разбогатеть на поисках алмазов, сдавайте билеты. За счет своего состава и крошечных размеров эти алмазы почти ничего не стоят. Однако эти маленькие кристаллы показывают, насколько странной может быть вулканическая активность, и алмазы могут образовываться непосредственно из газа, без высокого давления.
Что произойдет, если что-то упадет в жерло вулкана?
В некоторых фильмах есть моменты, где кто-то падает в жерло вулкана и погибает. Например, такая сцена есть в фильме «Властелин колец: Возвращение короля». В конце фильма персонаж Голлум падает в бурлящую лаву вулкана и тонет в ней, словно в воде. Однажды у геофизика Эрика Клеметти (Erik Klemetti) спросили, действительно ли упавшее в лаву тело человека или животного ведет себя таким образом, или все это — вымысел создателей фильмов? Оказалось, что при падении в жерло вулкана практически любой объект остается наверху и подвергается влиянию высоких температур. И этому есть множество причин, которые экспертом по извержениям вулканов были подробно раскрыты.
Кадр из фильма «Терминатор 2: Судный день»
Интересный факт: в честь Голлума в 2011 году были названы бесхвостые жабы вида Ingerophrynus gollum.
Падение в лаву
О том, как объекты ведут себя при падении в жерло вулкана, было рассказано в издании Wired. По словам Эрика Клеметти, падение в лаву и в озеро — это далеко не одно и то же. И дело далеко не в том, что лава горячая. В первую очередь вулканическая лава представляет собой массу, которая в три раза плотнее воды. К тому же, лава в тысячи раз более вязкая, чем вода. Поэтому она не может деформироваться настолько сильно, чтобы упавший на него объект сразу в нем утонул. Итак, упавший в лаву объект останется на ее поверхности. Если это человек и животное, при ударе о плотную поверхность лавы они наверняка получат переломы костей.
Потом упавший в лаву объект начнет подвергаться высоким температурам. По расчетам ученых, температура лавы колеблется в районе от 1000 до 1200 градусов Цельсия. То есть, в жерле вулкана примерно в 4 раза горячее, чем внутри домашней духовки. Да уж, оказаться в таких условиях не пожелаешь даже самому злейшему врагу. Практически любой объект начинает гореть, а железо может начать плавиться — температура плавления железа равняется примерно 1500 градусам Цельсия. Так что, после падения в лаву объекты обязательно возгораются.
Наглядно то, что происходит с твердыми объектами в жерле вулкана, хорошо показал исследователь Ричард Роско (Richard Rosko). В одном из своих видео он кинул в жерло эфиопского вулкана Эртале мешок с органическим мусором весом около 30 килограмм. Упав в плотный слой лавы с высоты примерно 80 метров, мешок образовал дыру и начал гореть под воздействием горячих температур. Судя по всему, во время горения образовались пары, потому что лава начала выплескиваться из краев отверстия как фонтан.
Несчастные случаи у вулканов
Трагические кадры у вулкана Сольфатара
Извержения вулканов
И страшно подумать, какие ужасы переживают люди, когда вулканы извергаются. На данный момент на нашей планете существует около 1500 активных вулканов, причем несколько десятков из них извергаются практически каждый год. Самым ужасным из этих событий считается извержение вулкана Везувий в 79 году нашей эры. Под горячей лавой оказались такие римские города, как Помпеи, Стабии и Геркуланум. В результате этой катастрофы погибло около 2 000 человек, что по тем временам было очень много. Все-таки, раньше население нашей планеты было не таким большим, как сейчас. В 1748 году археологи обнаружили, что город Помпеи хорошо сохранился под пеплом и с тех пор там ведутся тщательные раскопки. Иногда ученым удается найти очень интересные артефакты.
Чтобы таких катастроф больше не происходило, ученые пытаются предсказывать извержения вулканов. На данный момент о скором извержении свидетельствуют землетрясения, вздутия на поверхности вулкана и большая концентрация диоксида серы. Но в скором будущем исследователи хотят прогнозировать извержения при помощи беспилотных летательных аппаратов. О том, как это будет работать, можно почитать в этом материале.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Вулкана Толбачик, Камчатка, 1975 © Вадим Гиппенрейтер
Вы же наверное уже знаете, что такое кимберлитовые трубки и откуда получили название?, так вот смотрите какая новость …
В застывшей лаве вулкана Толбачик обнаружены алмазы нового, ранее не встречавшегося типа. Они образовались в вулканических газах в результате шоковой кристаллизации под действием грозовых электрических разрядов (вот посмотрите, что такое вулканические молнии)
Алмазы известны человечеству не менее 3 тысяч лет, но до сих пор остаются не до конца изученными. Точно не известны ни возраст, ни происхождение этого минерала. Существует несколько гипотез: магматическая, мантийная, метеоритная, флюидная и другие. Наиболее распространенными являются магматическая и мантийная теории: атомы углерода под большим давлением (50000 атмосфер) и на большой глубине (примерно 200 километров) формируют кубическую кристаллическую решетку: алмаз. Камни выносятся на поверхность вулканической магмой во время формирования так называемых «трубок взрыва».
Однако высокие значения температуры и давления не являются необходимым условием. Наиболее показательным процессом является синтез алмаза из углеродсодержащих газов, успешно применяемый во многих странах мира. Изучая последствия извержения в горном массиве Плоский Толбачик на Камчатке, которое началось в декабре 2012 года и закончилось в октябре 2013 года, ученые обнаружили алмазы, которые могли образоваться именно по данной схеме.
Исследование проводили геологи из санкт-петербургского Горного института, камчатского Института вулканологии и сейсмологии и Института геологии Коми НЦ РАН, о результатах рассказано на сайте Министерства образования и науки РФ. Найденные в лаве толбачинского извержения алмазы сразу показались ученым необычными: под микроскопом по внешнему виду и форме кристаллов они были настолько похожи на синтетические, что на первый взгляд их можно было принять за искусственные.
Тем не менее, алмазы были настоящими, отличаясь от всех ранее известных разновидностей драгоценного камня по большинству минеролого-геохимических характеристик — от температуры сгорания до состава микропримесей. Их размер — достаточно крупный для лавовых пород: от 250 до 700 мкм. Все эти отличия позволили выделить алмазы из лавы на склонах Плоского Толбачика в неизвестный ранее тип — толбачинский. По мнению исследователей, они образовались не в магматическом расплаве, а в вулканических газах в результате шоковой кристаллизации под действием грозовых электрических разрядов. Подобный искусственный способ получения алмазов из газа с использованием сильного электрического разряда был запатентован в 1964 году во Франции.
На сегодняшний день из небольших проб застывшей вулканической лавы извлечено уже несколько сотен алмазов. Такое рекордно большое количество сравнивают с аномально высоким обогащением алмазами лавовых пород на месторождении Дачин в Индии (77 алмазов в 1 кг пробы) и необычной магматической породы в Канаде (1500 алмазов в 28-килограммовой пробе).
Всего на Камчатке — около 300 вулканов, примерно 30 из них — действующие. Наиболее активными являются Ключевская сопка, Шивелуч, Карымский, Жупановский и Плоский Толбачик.
Находки алмазов в лавах современных базальтовых извержений на Камчатке известны с конца прошлого века: в 1971 году в районе Ичинского вулкана Срединного хребта впервые было выделено восемь бесцветных зерен алмазов уплощенного габитуса. Уже тогда это вызвало большую полемику среди специалистов: от известных разновидностей минерала эти алмазы отличались по цвету и другим характистикам.
В последнее время новые алмазные месторождения кимберлитового типа открываются все реже. Рано или поздно это может привести к отраслевому кризису, поскольку алмазы становятся все более востребованы в ювелирном деле и в различных отраслях промышленности. Между тем, с начала XX века скапливаются данные о существовании в природе так называемых некимберлитовых алмазных месторождений. Алмазы в лаве последнего крупного извержения Толбачинского вулкана и другие алмазы, появляющиеся в нетрадиционных геологических обстановках, смогут эффективно компенсировать сокращающийся потенциал кимберлитовых месторождений.
Группа ученых из Германии и Канады определила, как именно алмазы, формирующиеся на колоссальной глубине, оказываются в кимберлитовых трубках. До недавнего времени эта важная деталь формирования самых главных драгоценных камней оставалась неясной. Теперь ученые надеются, что сделанное ими открытие поможет лучше понять динамику процессов формирования алмазов и, чем черт не шутит, поможет в будущем искать новые месторождения.
Чистый углерод встречается в природе в нескольких основных формах. Наиболее привычная всем — графит. В этом материале атомы углерода организованы в слои. В каждом слое атомы C располагаются в вершинах гексагональной (шестиугольной) решетки. Слои довольно слабо связаны между собой. Благодаря этому (то есть слабой взаимосвязи) Константин Новоселов и Андрей Гейм в 2004 году смогли получить графен — ровно один слой графита, используя обычный скотч, хотя это и совсем другая история.
Алмаз не является самой твердой аллотропной модификацией углерода. В настоящее время этот титул принадлежит специально обработанному лонсдейлиту. Структура его кристаллической решетки напоминает структуру решетки алмаза, за что данный материал даже получил имя гексагональный алмаз. Как показало компьютерное моделирование, обработанный образец лонсдейлита разрушается при давлении 152 гигапаскаля. Подобные материалы образуются при падении метеоритов.
Надо сказать, что эта модификация углерода издревле привлекала людей своими необычными оптическими свойствами. Дело в том, что у алмаза большие показатели преломления и дисперсия. Как следствие, в случае правильной огранки (то есть когда мы говорим по сути о бриллианте) он очень красиво сверкает, разлагая, среди прочего, свет на спектральные составляющие. Благодаря этой своей в целом интересной, но тривиальной, с точки зрения науки, особенности алмазы относятся к драгоценным камням. В наше время алмазы массово используются в промышленности благодаря своей твердости.Алмаз — кстати, по-гречески «адамас», что значит «несокрушимый» — является прямым родственником графита и угля, или, как говорят ученые, аллотропной модификацией углерода (как следствие, например, при температуре 2000 градусов Цельсия в струе кислорода алмаз сгорает почти без следа, превращаясь в углекислый газ). В нем атомы углерода расположены иным образом, нежели в графите. Атомы расположены в кубической гранецентрированной решетке — каждый атом углерода расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре соседа. Среди прочего, именно подобным расположением атомов объясняется необычайная твердость алмаза — образец разрушается при давлении в 97 гигапаскаль.
Еще один способ, крайне редкий, это превращение графита в алмаз. Несмотря на то, что эти два материала — родственники и подобный способ получения алмазов был описан в «Утиных историях» (Скрудж Макдак использовал арахис, чтобы привлечь слонов, которые своим топотом превратили уголь в истощенном месторождении в алмазы), в мире существует единственное месторождение, алмазы в котором появились именно в результате такого процесса. Это Кумдыкульское месторождение, и оно находится в Северном Казахстане, в 25 километрах к юго-западу от города Кокшетау. Алмазы образовались здесь в результате погружения углеродсодержащих осадочных пород в мантию. Такие алмазы называются алмазами метаморфогенного (то есть преобразования под действием температуры и давления) типа.
Сюда же можно отнести так называемые карбонадо — черные алмазы, относительно которых среди ученых до сих пор нет консенсуса. Согласно одному мнению, они образовались в результате падения метеорита, согласно другому — они появились из органического углерода. На это указывает, в частности, соотношение разных изотопов этого элемента в алмазе.
Кимберлит — не единственный материал, связанный с алмазами. В 70-х годах прошлого века в Австралии было открыто богатейшее месторождение преимущественно промышленных алмазов, связанное с лампроитами. Это также вулканическая порода. Примечательно, что алмазы, обнаруженные в разных породах, по свойствам почти не отличаются.
Образование кимберлитовой трубки может происходить только в случае подъема магмы со значительной глубины — примерно 150 километров, что как минимум втрое глубже залегания «обычной» магмы для вулканов. Физические условия, о которых говорилось выше, существуют только там, где располагаются кратоны — ядра материков. Именно эта особая магма поднимается с глубин и, вырываясь на свободу, дает алмазы.Вместе с тем обычные прозрачные алмазы формируются, с точки зрения геологии, довольно просто. Сначала происходит извержение вулкана. Если все сложилось удачно (в частности, попалась правильная магма), то в том месте, где она прорывалась на поверхность, образуется коническая кимберлитовая трубка. Порода названа так в честь города Кимберли в ЮАР, где впервые эта порода была обнаружена в конце XIX века — до этого момента алмазы находили в руслах рек (так называемые вторичные месторождения), куда они попадали в результате размыва тех же кимберлитовых трубок.
Формирование кимберлитовой трубки
Лучшие друзья девушек
Надо сказать, что в этой теории есть слабое место. Как уже говорилось выше, алмазы горят. Чистого кислорода в мантии, конечно, нет, однако длительное пребывание алмазов в раскаленной толще все равно должно приводить к их уничтожению. Из этого вытекает, что та самая особая магма, о которой говорилось выше, поднимается на поверхность очень и очень быстро. Геологи раньше обходили эту деталь стороной (поднимается и поднимается, что поделать), поэтому точные причины этого процесса были неясны.
В рамках новой работы ученые использовали специальную плавильню, чтобы получить вещество, напоминающее магму из земных глубин. В частности, расплав содержал большое число карбонатов — солей угольной кислоты. Ученые предположили, что в процессе своей жизни такая магма встречается с магмой с большим количеством пироксенов (группой минералов, часто породообразующих, содержащих кремний). Из-за этого способность расплава растворять разного рода вещества — например, углекислый газ — снижается в несколько раз.
Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи добавили в расплав пироксены и стали ждать. По словам одного из ученых, Келли Рассела, он был шокирован, когда буквально за 20 минут горячее вещество превратилось по сути в пену. Из этого ученые заключили, что подобные пенные карманы вполне могут образовываться на глубине около 150 километров.
Конец
Что же происходит, когда такой карман образуется? На огромной скорости он начинает всплывать. При этом скорость всплытия может достигать 40 километров в час. При этом карман при всплытии ускоряется. По словам ученых, это может иметь существенные последствия для теории образования алмазов. Быть может даже, это поможет в поиске новых месторождений. Как бы то ни было, но новая работа позволяет прояснить детали формирования алмазов. А дьявол, как известно, в этих деталях и кроется.
«Сверхглубокие» алмазы обнаруживают огромный резервуар первичной магмы, такой же старый, как Луна
Тщательный осмотр сверхглубоких алмазов показал, что геологи давно подозревали: прячась где-то во внутренней части нашей планеты, существует огромный резервуар первичной магмы, который не нарушался в течение более 4 миллиардов лет.
Местоположение, размер и содержание этого древнего резервуара все еще обсуждаются, но благодаря этим алмазам исследователи становятся все ближе к тому, что, вероятно, является «самым старым из оставшихся» и «сравнительно нетронутых» материалов на Земле.
Вынесенные на поверхность сильными вулканическими извержениями, эти прочные драгоценные камни являются редкими выжившими на чужбине. Признанно отличающиеся от добываемых человеком алмазов, которые находятся на гораздо более мелких глубинах, они являются одними из наших единственных контактов с глубиной нашей планеты.
Мантия нашей планеты, зажатая между земной корой и ее перегретым ядром, невидима и обширна, ее практически невозможно изучить. Сегодня считается, что он в основном твердый, но геологи давно подозревали, что в нем может быть изолированный первозданный суп, который не был «перевернут» при постоянном вспенивании нашей планеты.
Идея была впервые предложена в 1980-х годах, когда геологи заметили, что вулканическая лава имеет необычно высокое отношение гелия 3 к изотопу гелия 4. Фактически, по сравнению со всем другим материалом на поверхности Земли, это соотношение было удивительно похоже на соотношение очень старых метеоритов, которые упали на Землю.
Это заставило ученых подумать, что, возможно, эта лава прибыла из изолированного химического резервуара, глубоко в нашей планете, который не изменился значительно с момента образования Земли.
Недавние исследования показали, что эта древняя гелиевая сигнатура переносится на поверхность только самыми горячими горячими точками здесь, на поверхности Земли. Но с ключами, присутствующими только вблизи вулканической активности, фактическое происхождение этого материала осталось загадкой.
Анализируя 24 сверхглубоких алмаза, найденных в регионе Джуина в Бразилии, Тиммерман и ее команда в настоящее время утверждают, что нашли микроскопическое доказательство того, что такой изначальный резервуар существует.
Эти алмазы содержат захваченные остатки газообразного гелия со времени, которое могло даже датироваться до столкновения Земли и Луны. Следовательно, этот изотопный паттерн должен был прийти из древнего резервуара, расположенного где-то в или ниже, где были созданы эти алмазы.
Исследователь Земли Мэтью Джексон из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре ранее изучал эти древние изотопы гелия, и после многих лет поисков он считает, что новое открытие является важным шагом вперед.
«Гелий может быстро диффундировать в мантийных условиях, поэтому важно оценить, отражает ли древняя гелиевая сигнатура композиции, захваченные на глубинах алмазообразования, или состав лавы-хозяина, которая транспортируется к алмазам на поверхность».