Новости

28 января, 2021 18:30

Доказана возможность образования алмаза под действием электрического поля в мантии Земли

Источник: Газета.ru
Российские ученые совместно с немецким коллегой выявили новый фактор, который способствует образованию алмазов в мантии нашей планеты. Оказалось, что кроме высоких температур и давлений, на кристаллизацию алмаза влияет электрическое поле. Согласно предложенной и экспериментально доказанной модели, небольшое напряжение, менее одного вольта, запускает серию электрохимических реакций, приводящих к восстановлению углерода карбонатов и кристаллизации алмаза. Полученные результаты расширяют представления о минералообразующих процессах в мантии Земли, а разработанная методика направленного синтеза перспективна для получения алмазов и других углеродных материалов с необычными свойствами. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы на страницах Science Advances.
Источник: Depositphotos
Беспрессовый аппарат высокого давления БАРС, разработанный в ИГМ СО РАН (А) и схема электрохимической ячейки (Б). Источник: Юрий Пальянов/ИГМ
Микрофотографии кристаллов алмаза, полученных в зоне отрицательно заряженного электрода (катода). Источник: Юрий Пальянов/ИГМ
3 / 4
Источник: Depositphotos
Беспрессовый аппарат высокого давления БАРС, разработанный в ИГМ СО РАН (А) и схема электрохимической ячейки (Б). Источник: Юрий Пальянов/ИГМ
Микрофотографии кристаллов алмаза, полученных в зоне отрицательно заряженного электрода (катода). Источник: Юрий Пальянов/ИГМ

Алмаз, благодаря сочетанию уникальных свойств, продолжает привлекать внимание исследователей. Эти природные кристаллы добывают с древнейших времен, а их «синтетическая» история началась с середины 50-х годов прошлого века. Комплексные исследования природных и синтезированных алмазов формируют представления об условиях образования и создают основу для их широкого использования в новых областях науки и техники.

«Наша лаборатория проводит исследования по экспериментальной минералогии алмаза, используя оригинальную беспрессовую аппаратуру высокого давления «разрезная сфера» (БАРС). Направления исследований лаборатории связаны с моделированием природного алмазообразования и выращиванием его кристаллов со специальными свойствами для высокотехнологических применений», — рассказывает Юрий Пальянов, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса Института геологии и минералогии имени В. С. Соболева СО РАН (Новосибирск).

По современным представлениям существование электрических полей в глубинных зонах Земли считается общепризнанным, но влияние таких полей на минералообразующие процессы в мантии пока не изучено. Карбонаты обнаружены в качестве включений в природных алмазах и представляют собой наиболее вероятную алмазообразующую среду, которая в условиях мантии Земли характеризуется высокой электропроводностью.

«Эти обстоятельства натолкнули нас на мысль о возможном влиянии электрического поля на мантийные процессы. Для экспериментальных исследований мы разработали специальную электрохимическую ячейку, позволяющую в условиях высоких температур и давлений воздействовать на вещество электрическим полем», — комментирует Юрий Пальянов.

Ученые из ИГМ СО РАН впервые предложили и экспериментально обосновали модель образования алмаза в условиях мантии Земли при воздействии электрического поля на карбонатные и карбонатно-силикатные расплавы, соответствующие по составу природным алмазообразующим средам. В работе установлено, что за счет разности потенциалов (0,4-1 вольт, что втрое меньше, чем у пальчиковой батарейки) происходит экстракция углерода из карбонатов и кристаллизация алмаза на катоде (отрицательно заряженном электроде) в ассоциации с мантийными минералами. В изученном процессе карбонаты являются главными компонентами среды кристаллизации алмаза и единственным источником углерода. Это подтвердили высокоточные исследования изотопного состава углерода карбонатов и образующихся из них алмазов, которые проведены в Немецком исследовательском центре наук о Земле в Постдаме.

«Полученные результаты ясно демонстрируют, что электрические поля могут значимо влиять на мантийные минералообразующие процессы, изотопное фракционирование углерода и глобальный углеродный цикл, — подводит итог Юрий Пальянов. — Оригинальная методика и первые экспериментальные данные открывают перспективы дальнейших исследований в минералогии, петрологии и геохимии мантии Земли под действием электрических полей, а также представляют интерес для разработки новых способов получения алмазов со специальными свойствами и других углеродных материалов».

21 апреля, 2021
Ученые ТГУ сняли фильм про исчезающие озера зоны вечной мерзлоты
Сотрудники лаборатории «БиоГеоКлим» ТГУ при поддержке Российского научного фонда занимаются изучен...
20 апреля, 2021
Раскрытие внутренних механизмов: когда молния бьет в одно место дважды
Ученый из Института прикладной физики РАН сумел объяснить механизм, лежащий в основе стр...