Алмазное дно: драгоценные минералы под толщей океана

Пожалуй, кроме алмазов в мире можно назвать очень мало вещей, которые, обладая таким малым размером, имели бы такую высокую цену.

Пятый по величине алмаз мира «Легенда Лесото» весом 182 грамма, извлеченный на руднике Летсенг в прошлом году, был продан на аукционе в Антверпене за 40 миллионов долларов!

Большинство людей знает об алмазах только то, что это самые твердые минералы на планете и что из них делают бриллианты. Как бы ни были драгоценны и востребованы алмазы, ответ на вопрос, как и где они образуются в природе и как происходит их добыча, мало кому известен.

До недавнего времени считалось, что алмазы образуются главным образом в геологически стабильных районах континентов, на суше, на глубинах 100-200 км, где температура достигает от 1100 до 1300 градусов по Цельсию, а давление 35-50 килобар (это примерно 330.000 кг/см2). Такие условия способствуют переходу углерода из графита в другую его модификацию – алмаз, имеющую плотно упакованную атомами кубическую структуру.

Пробыв миллиарды лет на больших глубинах, алмазы выносятся на поверхность кимберлитовой магмой во время вулканических взрывов, образуя при этом коренные месторождения алмазов – кимберлитовые трубки.

Первая из таких трубок была обнаружена на юге Африки, в провинции Кимберли. По имени этой провинции и стали называть трубки кимберлитовыми, а породу, содержащую драгоценные алмазы, – кимберлит. На сегодняшний день по всему миру найдены тысячи кимберлитовых трубок, но только несколько десятков из них являются промышленно алмазоносными, в которых рентабельно проводить добычу.

Но господствующая и широко распространенная теория была поставлена под сомнение последними научными открытиями.

Блестящая находка

Как уже было сказано, алмазы – это кристаллы углерода, которые образуются при высоком давлении в раскаленной мантии земной коры. А на поверхность они поднимаются при вулканических извержениях особого вида магмы – кимберлита. Драгоценные алмазы обычно состоят из чистого углерода. Но существуют еще и так называемые волокнистые алмазы. Они содержат разные примеси – из-за этого они мутные, и бриллианты из них не делают. Но зато следы натрия, калия и других веществ в их составе помогли ученым пролить свет на то, как они образовались.

Алмазное дно: драгоценные минералы под толщей океана
Волокнистый алмаз

Тщательный химический анализ волокнистых алмазов позволил ученым выдвинуть теорию, что драгоценные минералы возникают из отложений на дне океанов: вода попадает в глубоководные донные минералы, которые «захватывают» соль из нее и затем формируют алмазы.

Еще в 2005 году в журнале «Nature» вышла статья, в которой выдвигалось предположение, что жидкие включения являются остатками древней воды из океанов, которая оказалась заперта в донных минералах и попала на глубину в результате субдукции коры. Тем не менее эта гипотеза не объясняла данные по калию и другим веществам.

И вот австралийским исследователям удалось доказать, что исходным субстратом для формирования алмазов являются отложения на дне океанов, о чем сообщает научное издание «Science Advances».

Ученые под руководством Майкла Ферстера из Университета Маккуори (Сидней, Австралия) воспроизвели условия в мантии, нагревая и подвергая огромному давлению образец, содержащий поднятые со дна океана отложения. Эксперименты проводились при давлении от трех до шести гигапаскалей и температуре от 800 до 1100 градусов Цельсия, что является основными параметрами среды в мантии на глубине от 100 до 200 километров.

Характер полученных кристаллов солей калия и натрия показал их сходство с природными кристаллами солей в алмазах, аномалию, которую химики и геологи не могли объяснить на протяжении более ста лет.

Алмазное дно: драгоценные минералы под толщей океана

«Существовала теория, что соли, попавшие в алмазы, поступают из морской воды. Но подтверждений этому не находилось. И вот нам удалось доказать, что процессы, приводящие к появлению алмазов, обусловлены переработкой океанических отложений» (Майкл Форстер).

Полученные результаты позволили авторам обосновать модифицированную теорию происхождения алмазов и их включений.

Согласно их выводам, Земля как бы «заглатывает» огромный участок дна вместе с водой и осадком и опускает его на глубину до 200 км. Соленая вода и придонный осадок попадают в глубокие слои земной мантии в процессе субдукции – одномоментного проседания океанического дна в зонах особой активности (в наши дни такие процессы наблюдают в районе знаменитой Марианской впадины).

Древние римляне полагали, что алмазы – это осколки падающих звезд. Древние греки считали их слезами богов. Почти два века мы были убеждены, что алмазы возникают только в раскаленной магме и выбрасываются на поверхность при вулканических извержениях, и это была господствующая концепция. И вот теперь новые открытия и новая теория – океаническая.

Морские карьеры, недосягаемые сокровища и цена алмазов

Годом ранее команда американских ученых из Гарварда, Беркли и Массачусетского технологического института сделала не менее потрясающее открытие.

Исследовав недра Земли при помощи звуковых волн, ученые выяснили, что глубоко под поверхностью нашей планеты располагаются просто невообразимые запасы алмазов.

Суммарный вес распределенных в земной коре кристаллов драгоценного минерала оценивается в 1 петатонну, то есть примерно в 1.000.000.000.000.000 тонн!

Открытие было сделано случайно при изучении данных сейсмических датчиков. Звуковые волны перемещаются сквозь толщу Земли с разной скоростью. Эта скорость зависит от состава, плотности и температур горных пород, через которые проходят колебания. Сравнивая скорости звуковых волн и зная физические характеристики разных веществ, ученые могут точно оценить, какие структуры находятся под поверхностью Земли. Было обнаружено, что звуковые волны, как правило, значительно ускоряются, проходя сквозь корни кратонов – древних геологических платформ с фундаментом докембрийского периода. И объяснить это явление можно только высокой концентрацией алмазов.

Алмазное дно: драгоценные минералы под толщей океана
«Карта сокровищ»

Кратоны имеют форму перевернутых гор, и там под чудовищным давлением в 50 тысяч атмосфер образуются драгоценные камни. По оценкам ученых, нижние части кратонов могут состоять из алмазов на 1-2 процента своего объема.

Плохая же новость заключается в том, что залежи кратоновых алмазов находятся на глубине 150-200 километров под землей.

Одна из крупных тектонических плит, в основании которых находятся кратоны, располагается на юге Африки, в районе Намибии, и частично выходит в Атлантический океан. Именно в этом месте расположено крупнейшее в мире морское месторождение алмазов.

На сегодняшний день открытым является вопрос: связано ли как-то крупнейшее подводное месторождение алмазов с наличием в этом месте кратонов или это всего лишь случайное совпадение? До этого момента считалось, что алмазы в прибрежной зоне оказались там из песчаных отложений, которые в течение миллионов лет на берега Атлантики выносили воды африканских рек. Но мы уже знаем, как быстро могут меняться устоявшиеся представления.

Месторождение располагается вблизи шельфа, главным образом, в прибрежной полосе шириной 10-15 километров. Эта алмазная полоса начинается у устья реки Оранжевой и тянется на север на несколько сот километров. Площадь перспективного дна, где могут быть алмазы, – более 200 тысяч квадратных километров.

Для поиска алмазов использовались различные способы добычи и восстановления, включая методы, которые изначально применялись в добыче нефти на шельфе.

Изыскания на шельфе начались в 1961 году и сразу показали, что алмазы встречаются в подводных отложениях, состоящих из песка, гравия и валунов на глубине уже 50 метров. Первая же проба морского грунта весом 4,5 тонны содержала 5 алмазов общей стоимостью 450 долларов. Но уже в 1965 году из моря на этом участке было добыто почти 200 тысяч каратов алмазов. Больше, чем за целое столетие наземных происков.

Стоимость 1 карата минерала зависит от огромного количества параметров. Но если говорить об ориентировочной цене, то можно сказать, что алмаз в один карат среднего качества будет стоить порядка 500-600 фунтов. А вот такой же ограненный камень приобретают за 1000-1500 фунтов.

Вплоть до 90-х годов добыча велась при помощи оборудования, которое напоминало большие пылесосы и по сравнению с нынешними технологиями было не слишком эффективным. Все изменилось после того, как «Debmarine Namibia» приобрела огромное судно Dock Express и перепрофилировала его под драгу, превратив в полностью автоматизированное предприятие. 16-тонный корабль, переименованный сегодня в Mafuta, который до сих пор на плаву.

Алмазное дно: драгоценные минералы под толщей океана

Секретным оружием судна считается глубоководный аппарат-землечерпалка с дистанционным управлением. Он действует как гигантский пылесос. Его насосы всасывают тысячи тонн гравия и глины, в которых прячутся алмазы.

Управление глубоководным аппаратом на гусеничном ходу оператор осуществляет дистанционно, используя трехмерное изображение, проектируемое в реальном времени сотней сенсорных датчиков. К аппарату прикреплена труба длиной 160 метров, по которой порода поступает на судно. После спуска аппарата на дно всасывающую трубу соединяют с оборудованием для обработки породы.

Морское дно сейчас сканируется при помощи беспилотных и дистанционно управляемых аппаратов, оснащенных технологией геофизического картирования. Затем специалисты интерпретируют полученные данные и выносят вердикт о потенциальных запасах той или иной части дна.

Есть ли другие морские месторождения алмазов, кроме намибийских? Это покажет будущее. В настоящее время продолжаются поиски на шельфах Анголы, Сьерра-Леоне, Конго, Заира, Танзании и других стран. Но последние открытия круто могут изменить эту географию и сам подход к поиску новых подводных карьеров.

Но сегодня уже с уверенностью можно говорить о том, что такая добыча несет серьезную экологическую опасность, загрязняя океан и прибрежные територии отходами применяемых при эксплуатации технических средств (подсланевыми водами, топливом, отработанным маслом и смазочными материалами).

Поскольку объемы сбрасываемой породы достигают нескольких тысяч кубических метров в сутки, уровень загрязнения поверхности океана чрезвычайно высок. В течение года в океан поступает более 100 кг смазки (с каждого судна), а также система смазки черпаковых скатов, на что в сутки расходуется по 18 кг солидола, который почти полностью выбрасывается в воду. Подобных судов – десятки.

Такова подлинная цена драгоценных минералов, добываемых в нашем океане. И невольно возникает вопрос: а не лучше ли в таком случае всю мощь нашего научного знания обратить на создание более дешевых и экологичных технологий по созданию искусственных алмазов? Они уже есть,  активно развиваются и даже пытаются конкурировать с мировыми монополистами природных камней. Об этих технологиях и проблемах, с которыми сталкиваются создатели синтетических алмазов, – в наших новых выпусках!

Дмитрий Бурлуцкий

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *