Новое исследование показало, что прежде чем алмазы смогут начать расти глубоко под землей в мантии Земли, им потребуется небольшой разряд электрического поля. Без напряжения электрического поля алмазы не образуются.
В лабораторных экспериментах ученые имитировали условия в мантии - слое прямо под земной корой - и обнаружили, что алмазы росли только под воздействием электрического поля, даже слабого около 1 вольт, согласно исследованию, которое было опубликовано 20 января в журнале Science Advances.
«Наши результаты ясно показывают, что электрические поля следует рассматривать как важный дополнительный фактор, влияющий на кристаллизацию алмазов», - сказал ведущий исследователь, Юрий Пальянов, специалист по алмазам из Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН и Новосибирского государственного университета.
Алмазы состоят из атомов углерода, расположенных в определенной кристаллической структуре. Они образуются на глубине более 150 километров под поверхностью Земли, где давление достигает нескольких гигапаскалей, а температура может подниматься выше 1500 градусов по Цельсию. Но многие факторы, стоящие за «рождением» этого драгоценного камня, ценимого за его безупречную красоту и чрезвычайную твердость, остаются загадкой; Поэтому группа российских и немецких ученых обратила внимание на один фактор: подземные электрические поля.
Исследователи собрали исходные ингредиенты, необходимые для создания алмаза - карбонатные и карбонатно-силикатные порошки, которые похожи на богатые карбонатом расплавы, изобилующие в мантии. Они поместили эти порошки в искусственную мантию в своей лаборатории и подвергли их воздействию давления до 7,5 гигапаскалей и температуры до 1600 C, а также электрических полей от 0,4 до 1 вольт, питаемых от электродов. После различных периодов продолжительностью до 40 часов, алмазы (и их более мягкий родственник на углеродной основе, графит) образовались, но только тогда, когда исследователи создали электрическое поле примерно в 1 вольт, что слабее, чем у большинства бытовых батарей.
Причем алмазы и графит образуются только на катоде или отрицательной части электрического поля. Это место обеспечивает электроны для запуска химического процесса - в основном для того, чтобы определенные углеродно-кислородные соединения в карбонатах могли пройти серию реакций, чтобы стать диоксидом углерода и, в конечном итоге, атомами углерода, которые могут образовать алмаз.
Синтетические алмазы были небольшого размера, диаметром не более 0,007 дюйма (200 микрометров, или одной пятой миллиметра), но они были удивительно похожи на природные алмазы - оба имеют октаэдрическую форму и крошечные количества других элементов и соединений, в том числе относительно высокое содержание азота и силикатно-карбонатные включения, также известные как алмазные «родинки» или дефекты, говорят исследователи.
По словам исследователей, эти эксперименты предполагают, что локальные электрические поля играют ключевую роль в образовании алмазов в мантии Земли. Это локальное напряжение, вероятно, создается расплавами горных пород и жидкостями в мантии, которые обладают высокой электропроводностью, но неясно, насколько сильны эти электрические поля, сообщает Chemistry World.
«Наш подход представляет интерес для разработки новых методов производства алмазов и других углеродных материалов с особыми свойствами», - сказал Пальянов в другом заявлении.
Источник: Live Science
