A földkéreg gyémántjait könnyebben szintetizálják, mint korábban gondolták. • Elena Naimark • Tudományos hírek az Elemekről • Ásványtan, geológia, geokémia

A kéregben lévő gyémántokat könnyebb szintetizálni, mint azt korábban gondolták.

Kimberlite cső "Béke", 1955-ben nyílt meg Yakutia-ban. Ez az egyik legnagyobb szabadtéri bánya: 1,2 km átmérőjű és 525 m mélységű. A bányászatot 2001-ig végezték. Fotó: adme.ru

Az amerikai geokémikusok új kémiai modellt javasoltak a gyémántok kialakításához. Az előbbiektől eltérően nem igényel különösebb kondíciók kombinációját. Éppen ellenkezőleg, a modell szerint a gyémántok a szokásos, általánosan előforduló kémiai reakciók része a mélymagmatikus rétegek körülményei között. Ezeknek a reakcióknak a folyamatát a víz tulajdonságai határozzák meg nagy nyomás és hőmérséklet mellett. Ilyen körülmények között a víz erőteljes oldószerré válik, és a magma anyagok feloldódnak benne, ami savasabbá teszi a megoldást, ezért az oldódás még gyorsabbá válik. Ennek eredményeként a karbonát tartalmú kőzetek szénforrássá válnak a gyémántok kialakulásához.

A gyémántbányászat elsősorban a kimberlite csövek fejlesztésében jelentkezik. A kimberlit cső vagy robbanócső egy tölcsér alakú geológiai test, amelyet a magmás olvadék és gázok felső rétegeibe törtek meg, ami az ókori vulkánok egyfajta maradványa.A csövet kimberlit tartalmú, különböző sziklákból álló töredékek töltik fel, különösen az eclogitokat. Az öklogitával együtt a csövekben gyémántokat is felszínre hoznak. Úgy tűnik, hogy maguk a gyémántok a magmás kimberlit-olvadékok alsó rétegeiben vannak kialakítva, majd a vulkanikus robbanások során felszínre szállítják. Más hipotézisek szerint azonban a gyémántok fokozatosan kristályosodnak viszonylag sekélyebb mélységekben és kisebb nyomáson a kimberlite cső közbülső hüvelyeiben.

Kémiai szempontból a gyémántok, amint az iskolai tananyagból emlékeztetünk, olyan tiszta szén, amelynek atomjai tetraéderes kristályrácsra vannak szervezve. Hol származik a szén a köpenykőben? Úgy vélik, hogy metán oxidációjával nyerik, amelynek forrása a köpeny anyag. Ez azt jelenti, hogy a metánnak először át kell haladnia a sziklákon oxidáló tulajdonságokkal, oxidáló szén opciókkal telített oldatokat alkotva, majd végül olyan sziklákon végződik, amelyek megakadályozzák a további oxidációt (vagy éppen széndioxidot a szénhez), vagyis a gyémántok rendes szén-dioxid-átalakulását. gáz.A magmás folyadékok (oldatok, olvadékok vagy ezek keverékei) ilyen éles váltakozásának szükségessége mindig kétségessé vált a tudósok körében.

Dimitri Sverjensky, a Johns Hopkins Egyetem (Baltimore, USA) geokémistája és Juan Fan (Fang Huang) posztgraduális hallgatója kiváló módot kínáltak e kémiai patthelyzetbe. Ehhez kritikusan át kellett gondolniuk a gyémántképződés szokásos mintáit. Ha ezt a problémát vitatják meg, a kiindulási pontként a szén, a hidrogén és az oxigén vizes oldatait veszik figyelembe. Ezek mentálisan nagynyomású körülmények között vannak elhelyezve (több mint 3 GPa) és a hőmérsékletet (kb. 1000 ° C), amelyen a gyémántok kialakulnak. Mi van a környező fajtákkal? Semmiképpen sem tűnnek el, ezért ne vegye figyelembe őket. A művek szerzői úgy vélik, hogy a kémiai folyamatok kezdeti egyszerűsítése olyan ismertté vált, hogy a valóságot egyszerűen nem vették észre szakértők. De ha figyelembe vesszük a folyadékokat tartalmazó különböző szilikát- és karbonátos anyagok jelenlétét, akkor ezeknek a folyamatoknak a kémia sokkal érdekesebbé válik.

Ilyen nagy nyomás és hőmérséklet esetén a víz könnyen oldja a karbonát tartalmú ásványi anyagokat.Ugyanakkor a protonok átjutnak az oldatba, és pH-értéke csökken (vagyis az oldat savasabbá válik). Savas körülmények között az oldódás még gyorsabb ütemben történik. Kétlépcsős kémiai folyamat eredményeképpen a karbonát anyagok bomlanak, felszabadítják a szénforrást, amely ilyen körülmények között karbonátok és bikarbonátok, szén-dioxid és számos szerves molekula létezik. A gyémántokat, amint azt az egyensúlyi kémiai folyamatok számításai is mutatják, egyszerű szerves molekulákból, ecetsav és hangyasav-maradékokból származnak – ezeknek a reakcióknak a termékei (a kémikusok érdeklődnek a reakcióképleteket, amelyeket a nyilvánosságban közzétett tárgyalt cikk tartalmaz).

A széntartalmú vegyületek vizes oldatainak számított mennyisége a víz és az eclogit reakciójában, 5 GPa nyomáson és 900 ° C hőmérsékleten. Abscissa tengely A reakciósebesség logaritmusát az oldott ásványi anyag relatív mennyiségével számolva ábrázoljuk. az ordináta Az 1 kg vízre számított anyagok móljainak számát ábrázolják. A gyémánt felhalmozódási görbe (piros) szinte tükrözi a hangyasav-ionok mennyiségét (fekete vonal) oldatban, mivel a gyémánt szenet szinte teljesen felveszi (amint látható, a propionikus savak iontartalma kék vonal, a kísérlet során kicsit megváltozott). Menetrend a cikkből vita tárgyában Természetes kommunikáció

Kiderült, hogy nincs szükség redox körülmények megváltoztatására: ezeknél a reakciókban az oxigén mennyisége (vagyis annak parciális nyomása) többé-kevésbé állandó marad. És így a reakció elment, csak a közeg savasságát kell csökkentenie. Ez önmagában történik, amikor a víz bizonyos körülmények között kölcsönhatásba lép a ködös sziklákkal.

De ezek mind modellszámítások, amelyek bizonyos körülmények között a reagensek viselkedését ismerik. Fontos, hogy a tudósok képesek legyenek kísérleteket végezni, amelyek során ellenőrizték, hogy az eclogite hogyan oldódik fel a gyémántok kialakulásának megfelelő körülmények között (ebben az esetben 5 GPa és 900 ° C, amely megfelel a 150-200 km-es mélységnek), ugyanakkor kiszámították a szikla feloldódási modellek különböző hőmérsékleteken és nyomáson. A kísérletet speciális hőterekben végezték el, amelyek lehetővé tették az oldott elemek mennyiségi mérését. Ezután a kapott elemi spektrumot a gyémántok zárványainak összehasonlításával hasonlítottuk össze, amelyek a folyadékok összetételét tükrözik kialakulásuk során.A spektrumok általában hasonlóak, és a különbségek – amint a szerzők rámutattak – ismét tükrözik az oldott anyagok tulajdonságainak egyszerűsített és átlagolt megértését a folyadékképződés körülményei között.

Mit ad nekünk ez a munka? Valójában nem ad gyémántot, sem egyszerűsíti az új betétek és kimberlite csövek keresését. De ha a modell helyes, akkor nyilvánvaló, hogy a gyémántok szintézisének mindenhol meg kell haladnia, mivel ez nem igényel semmilyen egyedi változást a redox körülmények között a folyadékoldalak útján. Ez önmagában érdekes. Emellett a geokémiai folyamatok új modellje a homok mély rétegeiben és a köpeny felső rétegeiben újragondoljuk a globális szénciklus útjait. Végtére is, a szénhidrogén-sziklákból származó szén a szubdukciós zónák köpenyrétegeiben örökre nem temették el, hanem bizonyos körülmények között újra elindul a megoldásba, és visszatér a globális forgalomba.

Az ilyen bolygószámításokba bevont tudósok, akik a Sverzhensky modellt alkalmazzák, mindent új módon kell elmagyarázniuk. Ez számos globális számítás, köztük az éghajlat, áttekintését vonja maga után, mivel sokan kapcsolódnak a szénciklushoz.Hamarosan látni fogjuk az ilyen frissített számításokat. Az új modell másik következménye az olajképződés lehetősége a földkéreg mély rétegeiben. Ha különféle típusú szerves molekulák képződnek, akkor az olajokat alkotó szénhidrogének lehetnek köztük, valamint a mély bioszféra lakóinak tápláléka (lásd cikkek T. Gold, 1992. A mély, forró bioszféra és F. Inagaki és munkatársai, 2015. A széntartalmú üledék mély mikrobiális életének feltárása ~ 2,5 km-re az óceán fenekéig. A szerzők külön kiadványt fognak kiadni, amely számos kísérleti bizonyítékkal szolgál erre.

Forrás:
1) Dimitri A. Sverjensky, Huang Fang. Gyémántképződés a pH-csökkenés miatt a folyadék-kőzet kölcsönhatásai során // Természetes kommunikáció. 2015. DOI: 10.1038 / ncomms9702.
2) Eric Hand. Hogyan temették a víz gyémántokat és olajat // tudomány. 2015. V. 350. o. 613-614.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: