РОЖДЕННЫЙ МЕТЕОРИТОМ

— Алмазы, использующиеся в ювелирном деле, добываются из кимберлитов и лампроитов, которые слагают трубки взрыва, выносящие к поверхности мантийный материал при прорыве магмы сквозь земную кору. Это крупнокристаллические алмазы. Однако известны и другие генетические типы алмазов. Например, импактные микро- и нанокристаллические алмазы, не имеющие ювелирной ценности, но обладающие ценными техническими свойствами. Запасы их достаточно велики. Импактные алмазы образуются при падении на Землю крупных метеоритов в результате сильного ударного воздействия на породы земной коры, содержащие графит и другие углеродистые вещества. На территории России метеоритная и импактная тематика особенно детально изучалась в 70-80-е годы прошлого века, были выявлены крупные алмазоносные астроблемы.

— Астроблема в переводе с греческого означает «звездная рана». Этот романтический термин был предложен в 1960 году Робертом Дицем для названия больших ударных (импактных) кратеров, возникших при падении крупных астероидов на поверхность Земли. Наиболее крупные астроблемы достигают сотен километров в диаметре. Сейчас в мире известно около 200 достоверно установленных и около 2000 предполагаемых импактных кратеров, многие из которых несут в себе большое количество полезных ископаемых, в том числе алмазов.

Катастрофические падения астероидов вызывают интенсивные изменения геологического строения отдельных участков земной коры, изменение климата и фиксируются в стратиграфических горизонтах на большой территории. Так, многие ученые считают, что динозавры вымерли на Земле на рубеже мезозоя и кайнозоя в результате изменения климата, вызванного падением крупного астероида около 66 млн лет назад, когда образовался ударный кратер Чиксулуб диаметром около 180 км на полуострове Юкатан (Центральная Америка). Карская астроблема диаметром 60 км (предположительно до 120 км) образовалась на побережье Карского моря около 70 млн лет назад, что тоже близко к возрасту глобального мел-палеогенового вымирания. Судя по размерам кратера, Карское событие несомненно оказало существенное влияние на климат и существование биоты.

Самые крупные ударные кратеры на территории России — Попигайская (100 км в диаметре), Карская (60–120 км) и Пучеж-Катунская (80 км) астроблемы, каждая из которых в разной степени алмазоносна. Среди них наибольшую известность получил Попигайский кратер, где в 70–80-е годы прошлого века под руководством выдающегося российского ученого В.Л. Масайтиса (ВСЕГЕИ) были обнаружены и подсчитаны огромные запасы импактных алмазов, превышающие ресурсы всех известных мировых алмазных месторождений в совокупности. Из-за большой удаленности и сложности извлечения разработка месторождений попигайских алмазов в советские времена была признана экономически неэффективной, но сегодня сибирские геологи снова поднимают вопрос о введении в эксплуатацию попигайских алмазов. Карская же астроблема по сравнению с Попигайской гораздо более доступна, она находится всего в 200 км к северу от г. Воркуты, поэтому мы считаем перспективным продолжать ее изучение на импактные алмазы и другие виды полезных ископаемых. К последним, в частности, относятся ультравысокобарные импактные стекла и продукты гидротермальной переработки черных сланцев мишени Карского кратера.

— Нашу находку можно назвать неожиданной, но не случайной. Это попутный результат изучения апоугольных алмазов по проекту РФФИ. Апоугольные алмазы образовались в Карской астроблеме в результате падения астероида на черные сланцы — осадочные породы, содержащие рассеянное углеродистое вещество. Впервые они были описаны в начале 80-х годов XX века В.А. Езерским в ходе детального изучения Карского кратера под руководством В.Л. Масайтиса. Исследуя эти алмазы в карских импактитах, мы обнаружили в выделенных нами алмазных концентратах необычные коричневые, бежевые и бесцветные прозрачные частицы, выглядевшие как фрагменты древесных волокон. Они оказались хрупкими, но очень твердыми и не растворялись при интенсивной термохимической обработке кислотами и щелочами. Мы начали их детально изучать. Состав вещества смогли определить сразу — частицы были представлены чистым углеродом. А структура долго не поддавалась разгадке. Чтобы однозначно расшифровать ее, разрешающей способности приборов, имеющихся в нашем институте, не хватило. Пришлось обратиться в Исследовательский центр им М.В. Келдыша и Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов. После детальных исследований стало ясно, что размер кристаллитов в карите составляет всего 2–5 нанометров, что позволяет отнести данную разновидность к ультрананокристаллическим алмазам. Этот новый перспективный углеродный материал сейчас активно изучается.

Обнаруженные необычные частицы — это параморфозы ультрананокристаллического алмаза по органическим остаткам, которые сохранили реликты лигнина и целлюлозы и являются алмазными фоссилиями (фоссилии — минерализованные органические остатки). Удивительно, но алмазные фоссилии сохраняют тонкую клеточную морфологию. Это первая находка ультрананокристаллического алмаза в природе с размерами кристаллитов 2–5 нанометров. Мы дали полное минералогическое описание карита и рассмотрели возможный механизм его образования. Результаты исследования опубликованы в журнале «GeoscienceFrontiers».

— Как и другие импактные алмазы — в результате удара метеорита о породы, содержащие углерод. Но в зависимости от исходного вещества механизм формирования и конечные продукты различаются. При шоковом ударе по графиту происходит искажение его кристаллической решетки, и получается гофрированная структура с изменением электронного состояния атомов углерода, образуются чешуеобразные алмазные частицы. Ударное образование алмаза по углю и органике — это более сложный многостадийный процесс преобразования вещества. При интенсивном импактном воздействии из-за колоссального повышения давления и температуры органика начинает плавиться и испаряться, из нее удаляется водород, кислород, азот, и остается углерод, кристаллизующийся в алмаз или другие фазы углерода — графит, стеклоподобный углерод, карбин.

— Как уже говорилось, импактные алмазы ювелирной ценности не имеют. Но они могут стать хорошим подспорьем при исследовании состояния вещества, получаемого в экстремальных условиях, т.е. своеобразным прототипом для разработки новых перспективных углеродных материалов для высоких технологий, включая микроэлектронику новых поколений. В отличие от ультрананокристаллических алмазов, синтезированных в лаборатории, частицы карита крупнее, их размер около 20–50 микрометров. На примере карита технически легче изучать физические свойства ультрананокристаллических алмазов. Благодаря этому могут быть найдены новые технологические решения для синтеза новых алмазных материалов с использованием различных стартовых веществ. Мы также не исключаем, что и сам карит получит практическое применение. По теоретическим оценкам он обладает уникальными прочностными, оптическими, электронными свойствами и в перспективе может расцениваться как полезное ископаемое. Содержание карита составляет десятки-сотни карат на тонну, а локально концентрации достигают ураганных значений — до тысяч карат на тонну породы.

Но этим далеко не исчерпывается ценность нашей находки. Она имеет фундаментальное значение для планетарной геологии в целом, а также для развития астробиологических гипотез происхождения жизни на Земле. Обнаружение алмазных фоссилий свидетельствует о том, что любое органическое вещество может быть преобразовано до алмаза в импактном процессе. А тот факт, что органические фрагменты могут сохраняться в условиях экстремальных температур и давлений, служит аргументом в пользу теории, согласно которой жизнь могла быть принесена на Землю с метеоритами.

Выявление алмазных фоссилий в кратерах неясной природы позволит выяснить их геологическую историю и установить метеоритное происхождение. Это важно для определения особенностей геологического строения различных территорий и предсказания полезных ископаемых, поскольку метеоритные кратеры широко распространены.

— Судя по наличию и распространению алмазных фоссилий в Карской астроблеме, можно предположить, что карит имеется и в других крупных метеоритных кратерах, в том числе на территории Попигайского кратера. В прошлом году мы начали исследовать импактиты астроблемы Арагуаинья (Бразилия). В породах мишени этого кратера диаметром около 40 километров также есть черные сланцы, сейчас собранный материал находится в работе.

Кроме того, в Карской астроблеме мы нашли уникальные ультравысокобарные импактные стекла, образовавшиеся при экстремально высоких термодинамических условиях. Синтез подобных стекол в количестве, достаточном для изучения их свойств, в лаборатории весьма затруднен, а между тем они представляют большой интерес для исследования состояния вещества в экстремальных условиях, для материаловедения и применения в микроэлектронике. Мы изучаем этот материал по продленному гранту РНФ. И, конечно, продолжаем детальное исследование структуры и свойств карита.

В целом наши исследования показали, что Карская астроблема — уникальный импактный объект, на примере которого можно решить широкий круг вопросов — как фундаментальных, так и прикладных. Поэтому мы подходим к ее изучению комплексно, всесторонне анализируя эту геологическую структуру, и привлекаем к нашим исследованиям молодые кадры для работы по разным направлениям импактной тематики.