Температура плавления алмаза, физические свойства и структура минерала. Алмаз в жидком состоянии Горят ли бриллианты

Алмаз – это довольно редкий и дорогой камень. Рождается он в глубине земли и выходит на поверхность в виде кимберлитовой трубки. Открыт этот минерал был давно, но только в шестнадцатом веке учеными началось изучение свойств этого драгоценного камня. После многочисленных опытов физиками был дан ответ о строении и свойствах алмаза.

Но изучение этого минерала продолжается до сих пор. В настоящее время нет точного ответа на вопрос — что будет, если расплавить алмаз? Открытие строения структуры и свойств минерала, позволило использовать его не только как ювелирное украшение, но и в различных отраслях промышленности.

Структура и свойства алмаза

По структуре алмаз представляет собой кристаллическую решетку атомов углерода с очень прочной связью, которая определяет его свойства.

Твердость алмаза. Это самый твердый из всех минералов, известных в настоящее время. Благодаря своей структуре, разрушить или повредить его поверхность другими минералами или предметами, невозможно.
Отсутствие реакции алмаза на агрессивную химическую среду в виде щелочей и кислот.
Хрупкость минерала.

Особенность строения кристаллической решетки минерала делает его хрупким. При сильном ударе по камню, он раскалывается на мелкие части. Это его свойство используется ювелирами при огранке алмазов.

Если основные свойства алмаза в большей степени изучены, то какими свойствами будет обладать минерал, если его попробовать расплавить? Экспериментальные опыты на тему: «как расплавить алмаз», физиками проводились и проводятся в настоящее время.

Как расплавить алмаз

Физикам удалось, вследствие эксперимента, получить жидкие капли алмаза, но измерить температуру плавления и зафиксировать новые свойства минерала в этом состоянии, не получилось. При нагревании алмаза обычным способом в воздушном пространстве до температуры в 1000 градусов по Цельсию, он сгорает, а в вакууме, при температуре 2000 градусов, превращается в графит.

Ученые, в процессе эксперимента, решили воздействовать на природный алмаз в одну десятую карата высокой температурой, 3500 градусов по Цельсию и высоким давлением ударной волны (давление достигало 11 млн атмосфер) с помощью лазерных импульсов.

При постепенном понижении температуры и давления, появились образования в виде кусочков льда, не тонущих на поверхности образовавшейся жидкости. Количество этих твердых образований при неизменной температуре и пониженном давлении все больше и больше увеличивалось.

В виду сложности условий эксперимента, изучить свойства расплавленной формы алмаза не удалось. Однако подобные проявления зафиксированы на Нептуне и Уране. Есть вероятность, что в недрах этих планет существуют моря из расплавленных алмазов.

Расплавит ли лава алмаз?

Температура лавы колеблется от 500 до 1200 градусов. Температура плавления алмаза начинается от 3500 градусов (при этом необходимо давление более 11 ГПа). Так что нет, лава алмаз расплавить не способна. Однако она способна его сжечь, т.к. при атмосферном давлении алмаз сгорает при температуре 1000 градусов.

Интересный факт . В 2013 году в лаве действующих вулканов на Камчатке были обнаружены россыпи алмазов. Как такое возможно, если они должны сгорать. После ряда исследований ученые сделали вывод, что это новообразовавшиеся алмазы с новыми свойствами. Им даже дали отдельное название — толбачинские. Как говорится в сообщении: «алмазы образовались в вулканических газах в результате шоковой кристаллизации под действием грозовых электрических разрядов».

Алмаз - драгоценный камень, но его свойства физики оценили по достоинству только в XVI веке. И это несмотря на то что камень был найден несколькими столетиями раньше. Конечно, чтоб оценить всю значимость минерала, потребовалось провести немало опытов. Они дали информацию о том, какая твердость у камня, температура плавления алмаза, а также другие физические характеристики. Но с тех пор камень используют не только в качестве красивого аксессуара, но еще и в промышленных целях.

Оценка проводилась в специальных лабораториях. И в результате был выяснен химический состав алмаза, строение его кристаллической решетки, а также открыто несколько феноменов.

Плавление алмаза

Опыты, связанные с температурой плавления

Как известно, кристаллическая решетка вещества имеет форму тетраэдра с ковалентными связями между атомами углерода. Возможно, что именно такая структура стала причиной нескольких открытий, связанных с плавлением алмаза.

Энциклопедии минералов дают показатели плавления алмазов 3700-4000 градусов по Цельсию. Но это не совсем точная информация, поскольку они не поддаются общепринятым закономерностям. В частности, во время плавления были обнаружены такие эффекты:

Используя высокие температуры (2000 градусов Цельсия без доступа кислорода), алмаз можно превратить в графит. При этом дальнейшее поведение этого вещества с повышением температуры не поддается логическому объяснению. А вот процесс в обратную сторону произвести невозможно. В крайнем случае можно получить синтетический камень, кристаллическая решетка которого будет отличаться от природных алмазов.
Если же нагревать камень до температуры 850-1000 градусов по Цельсию, он превращается в углекислый газ, то есть исчезает без следа. Такой опыт провели в 1694 году исследователи из Италии Тарджони и Аверани, пытаясь расплавить камни и соединить их в один алмаз.
Исследования проводились и в 2010 году в Калифорнии, где группа физиков сделала вывод, что добиться плавления алмаза невозможно, если постепенно повышать температуру камня. Чтоб выяснить показатель плавления, необходимо, кроме температуры, воздействовать на алмаз давлением, а это затрудняет измерение. Чтоб действительно перевести алмаз в жидкое состояние, ученым потребовалось приложить немало усилий. Для этого они использовали импульсы лазера, которые действовали на камень несколько наносекунд. При этом камень в жидком виде был получен при давлении, в 40 миллионов раз превосходящем атмосферное на уровне моря. Кроме того, если давление понижалось до 11 миллионов атмосфер, а температура при этом на поверхности минерала была 50 тысяч Кельвинов, то на камне появлялись твердые кусочки. Они не тонули в остальной жидкости и внешне напоминали кусочки льда. При дальнейшем понижении показателя давления, кусочки скапливались, образовывая «айсберги» на плаву. Ученые сопоставили, что так ведет себя углерод в составе планет Нептуна и Урана, на поверхности этих небесных тел тоже существуют океаны с жидким алмазом. Но чтоб доказать это предположение, необходимо отправить спутники к планетам, что на сегодняшний момент невозможно быстро осуществить.
Если действовать на камень короткими световыми импульсами в ультрафиолетовом диапазоне, то в минерале появятся небольшие углубления. Таким образом эксперимент подтверждает исчезновение камня под действием мощного ультрафиолета, то есть превращения алмаза в углекислый газ. Поэтому ультрафиолетовые лазеры на основе алмаза быстро ломаются и становятся непригодными к использованию. Но не следует переживать по поводу того, что бриллиант на украшении исчезнет со временем: чтоб удалить один микрограмм минерала, придется держать алмаз под ультрафиолетом около 10 миллиардов лет.

Итак, показатель плавления - интересная характеристика алмаза. Она все еще является предметом для изучения. С появлением технологий ученые находят новые способы проверки этой характеристики. На ее основе можно сделать выводы по поводу происхождения камня, открыть новые способы применения алмаза.

Физико-механические свойства

Главные отличительные черты алмаза - высочайшая среди минералов твёрдость (но в то же время хрупкость), наиболее высокая теплопроводность среди всех твёрдых тел 900-2300 Вт/(м·К) , большие показатель преломления и дисперсия . Алмаз является диэлектриком . У алмаза очень низкий коэффициент трения по металлу на воздухе - всего 0,1, что связано с образованием на поверхности кристалла тонких плёнок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Когда такие плёнки не образуются, коэффициент трения возрастает и достигает 0,5-0,55. Высокая твёрдость обусловливает исключительную износостойкость алмаза на истирание. Для алмаза также характерны самый высокий (по сравнению с другими известными материалами) модуль упругости и самый низкий коэффициент сжатия. Энергия кристалла составляет 10 5 Дж/г-ат, энергия связи 700 Дж/г-ат - менее 1 % от энергии кристалла.

Температура плавления алмаза составляет 3700-4000 °C при давлении 11 ГПа. На воздухе алмаз сгорает при 850-1000 °C, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720-800 °C, полностью превращаясь в конечном счёте в углекислый газ. При нагреве до 2000 °C без доступа воздуха алмаз переходит в графит за 15-30 минут . Средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в жёлтом цвете равен примерно 2,417, а для различных цветов спектра он варьируется от 2,402 (для красного) до 2,465 (для фиолетового). Способность кристаллов разлагать белый свет на отдельные составляющие называется дисперсией . Для алмаза дисперсия равна 0,063.

Одним из важных свойств алмазов является люминесценция . Под действием солнечного света и особенно катодных , ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать - светиться различными цветами. Под действием катодного и рентгеновского излучения светятся все разновидности алмазов, а под действием ультрафиолетового - только некоторые. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из породы.

Структура

Каждый цветной бриллиант - совершенно уникальное произведение природы. Существуют редкие цвета алмазов: розовый, синий, зеленый и даже красный .

Примеры некоторых цветных бриллиантов:

Портер Родс (голубой).

Диагностика алмаза

Для того, чтобы отличить настоящий алмаз от его имитации, используется специальный «алмазный щуп», измеряющий теплопроводность исследуемого камня. Алмаз имеет намного более высокое значение теплопроводности, чем его заменители. Кроме того, используется хорошая смачиваемость алмаза жиром: фломастер, заправленный специальными чернилами, оставляет на поверхности алмаза сплошную черту, тогда как на поверхности имитации она рассыпается на отдельные капельки .

Нахождение алмазов в природе

Обработанный алмаз

Алмаз - редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны на всех континентах, кроме Антарктиды . Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет назад алмазы в промышленных масштабах добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века , когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовые трубки , стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях.

О происхождении и возрасте алмазов до сих пор нет точных научных данных. Учёные придерживаются разных гипотез - магматической, мантийной, метеоритной, флюидной, есть даже несколько экзотических теорий. Большинство склоняются к магматической и мантийной теориям, к тому, что атомы углерода под большим давлением (как правило, 50000 атмосфер) и на большой (примерно 200 км) глубине формируют кубическую кристаллическую решётку - собственно алмаз. Камни выносятся на поверхность вулканической магмой во время формирования так называемых «трубок взрыва».

Возраст алмазов, по данным некоторых исследований, может быть от 100 миллионов до 2,5 миллиардов лет.

Известны метеоритные алмазы, внеземного, возможно - досолнечного, происхождения. Алмазы также образуются при ударном метаморфизме при падении крупных метеоритов , например, в Попигайской астроблеме на севере Сибири .

Кроме этого, алмазы были найдены в кровлевых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кумдыкульском месторождении алмазов на Кокчетавском массиве в Казахстане .

И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы мелки настолько, что не имеют промышленной ценности.

Добыча и месторождения

Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам . Основные месторождения этого типа известны в Африке , России , Австралии и Канаде .

Согласно материалам Кимберлийского процесса, мировая добыча алмазов в стоимостном выражении в 2008 году составила $12,732 млрд. (выросла на 6,7 % по сравнению с предыдущим годом).

Поиск алмазов в России вёлся почти полтора века, и только в середине 50-х годов были открыты богатейшие коренные месторождения алмазов в Якутии . 21 августа 1954 года геолог Лариса Попугаева из геологической партии Натальи Николаевны Сарсадских открыла первую кимберлитовую трубку за пределами Южной Африки . Её название было символично - «Зарница». Следующей стала трубка «Мир» , что тоже было символично после Великой Отечественной войны . Была открыта трубка «Удачная» . Такие открытия послужили началом промышленной добычи алмазов на территории СССР. На данный момент львиная доля добываемых в России алмазов приходится на якутские горнообрабатывающие комбинаты. Кроме того, крупные месторождения алмазов находятся на территории Красновишерского района Пермского края , и в Архангельской области : месторождение им. Ломоносова на территории Приморского района и месторождение Верхотина (им. В.Гриба) на территории Мезенского района .

В сентябре 2012 года СМИ сообщили, что учёные рассекретили сведения о крупнейшем в мире месторождении импактных алмазов, расположенном на границе Красноярского края и Якутии . Как утверждает Николай Похиленко (директор ), это месторождение содержит триллионы карат.

Синтетические алмазы

Предпосылки и первые попытки

В 1879 году шотландский химик Джеймс Хэнней обнаружил, что при взаимодействии щелочных металлов с органическими соединениями происходит выделение углерода в виде чешуек графита и предположил, что при проведении подобных реакций в условиях высокого давления углерод может кристаллизоваться в форме алмаза. После ряда экспериментов, в которых смесь парафина , костяного масла и лития длительное время выдерживалась в запаянной нагретой до красного каления стальной трубе, ему удалось получить несколько кристаллов, которые после независимого исследования были признаны алмазами. В научном мире его открытие не было признано, так как считалось, что алмаз не может образовываться при столь низких давлениях и температурах . Повторное исследование образцов Хэннея, проведённое в 1943 году с применением рентгеновского анализа, подтвердило, что полученные кристаллы являются алмазами, однако профессор К. Лонсдейл, проводившая анализ, вновь заявила, что эксперименты Хэннея являются мистификацией .

Синтез

Первым синтезировал алмаз Валентин Николаевич Бакуль в Киеве в ЦКТБ твердосплавного и алмазного инструментана организовал выпуск первых 2000 карат искусственных алмазов; с 1963 г. налажен их серийный выпуск.

Современные способы получения алмазов используют газовую среду, состоящую из 95 % водорода и 5 % углеродсодержащего газа (пропана , ацетилена), а также высокочастотную плазму , сконцентрированную на подложке, где образуется сам алмаз (CVD). Температура газа от 700-850 °C при давлении в тридцать раз меньше атмосферного. В зависимости от технологии синтеза, скорость роста алмазов от 7 до 180 мкм/час на подложке. При этом алмаз осаждается на подложке из металла или керамики при условиях, которые в общем стабилизируют не алмазную (sp3) а графитную (sp2) форму углерода. Стабилизация алмаза объясняется в первую очередь кинематическими процессами на поверхности подложки. Принципиальным условием для осаждения алмаза является возможности подложки образовывать стабильные карбиды (в том числе и при температурах осаждения алмаза: между 700 °C и 900 °C). Так например осаждение алмаза возможно на подложках из Si, W, Cr и не возможно (напрямую, либо только с промежуточными слоями) на подложках из Fe, Co, Ni.

Применение

Основными типами огранки являются:

круглая (со стандартным числом 57-ми граней)
фантазийная, к которой относятся такие виды огранки, как

«овальная», «груша» (одна сторона овала - острый угол), «маркиза» (овал с двумя острыми углами, в плане похож на стилизованное изображение глаза), «принцесса», «радиант» и пр.

Форма огранки бриллианта зависит от формы исходного кристалла алмаза. Чтобы получить бриллиант максимальной стоимости, огранщики стараются свести к минимуму потери алмаза при обработке. В зависимости от формы кристалла алмаза, при его обработке теряется 55-70 % веса.

Применительно к технологии обработки, алмазное сырье можно условно разделить на три большие группы:

«соублз» - как правило, кристаллы правильной октаэдрической формы, которые вначале должны быть распилены на две части, при этом получаются заготовки для производства двух бриллиантов;
«мэйкблз» - кристаллы неправильной или округлой формы, подвергаются огранке «одним куском»;
«кливаж» - содержат трещину и перед дальнейшей обработкой сначала раскалываются.

Основными центрами огранки бриллиантов являются: Индия , специализирующаяся преимущественно на мелких бриллиантах массой до 0,30 карата; Израиль , гранящий бриллианты массой более 0,30 карата; Китай , Россия , Украина , Таиланд , Бельгия , США , при этом в США производят только крупные высококачественные бриллианты, в Китае и Таиланде - мелкие, в России и Бельгии - средние и крупные. Подобная специализация сформировалась в результате различий в оплате труда огранщиков.

Доктор технических наук Дронова Нона Дмитриевна в 2001 году разработала методику оценки алмазного сырья, в которой при определении стоимости крупных кристаллов прогнозируется стоимость бриллиантов, которые могут из них получиться.

См. также

NV-центр - азото-замещённая вакансия в алмазе

Примечания

БСЭ
Phys. Rev. Lett. 70, 3764 (1993): Thermal conductivity of isotopically modified single crystal diamond
Дронова Нона Дмитриевна. Изменение окраски алмазов при их обработке в бриллианты (системный подход и экспериментальные исследования) автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. Специальность 04. 00. 20 -минералогия, кристаллография. Москва, 1991
Юрий Шелементьев, Петр Писарев Мир бриллиантов (рус.) . Геммологический центр МГУ. - Чёрный алмаз называется карбонадо . Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 8 сентября 2010.
Наука и техника, 14 октября 2002 года
Журнальный зал | Нева, 2003 N9 | Евгений Трейвус - Голгофа геолога Попугаевой
ленинская премия 1957 года была вручена другим геологам. Только в 1970 году Попугаева была награждена почётным дипломом и знаком «Первооткрыватель месторождения »
Ученые рассекретили месторождение импактных алмазов в Сибири , Лента.ру (16 сентября 2012). Проверено 18 сентября 2012.
«Крупный алмаз - из мелких»
Б. Ф. Данилов «АЛМАЗЫ И ЛЮДИ»
жизненная стратегия творческой личности
Журнал «Университеты»
Технология получения и очистки детонационных алмазов // Физика твёрдого тела, 2004, том 46, вып.4. - C. 586
lenta.ru: «Новая технология позволит создавать бриллианты любого размера» по материалам «New Scientist»
New n-Type Diamond Semiconductor Synthesized
Ekimov, E. A.; V. A. Sidorov, E. D. Bauer, N. N. Mel"nik, N. J. Curro, J. D. Thompson, S. M. Stishov (2004). «Superconductivity in diamond ». Nature 428 (6982): 542-545. DOI :10.1038/nature02449 . ISSN 0028-0836 . Проверено 2010-02-22.
Superconductivity in Polycrystalline Diamond Thin Films

Литература

Дронова Н. Д., Кузьмина И. Е. Характеристика и оценка алмазного сырья. - М .: МГГУ, 2004. - 74 с.
Епифанов В. И., Песина А. Я., Зыков Л. В. Технология обработки алмазов в бриллианты. - Учебное пособие для сред. ПТУ. - М .: Высшая школа, 1987.
Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. - М .: Наука, 1984.

Ссылки

И кипения алмаза? Существует ли минерал в расплавленном виде в естественной среде? Поиском ответа на эти и другие вопросы займемся в представленном материале.

Как сформировались алмазы в недрах Земли?

Согласно мнению ученых, алмазы могли появиться при образовании ядра планеты в результате воздействия на расплавленную магму огромного давления. К поверхностным участкам земной коры драгоценные камни продвинулись благодаря процессам газообразования в глубинных породах. В результате образовались так называемые алмазные трубки, что представляют собой пустоты в каменистой почве с крупными залежами минерала.

Свойства материала

Прежде чем выяснить, какова температура плавления алмаза, давайте рассмотрим свойства минерала:

Алмазы обладают наивысшим показателем твердости среди всех существующих ископаемых. По этой причине ни один материал не способен разрушить либо оцарапать его поверхность. Сам же он может повредить любой физический объект.
Алмаз представляет собой высокоэффективный изолятор. Он устойчив к воздействию кислот и прочих агрессивных химических сред.
Алмаз обладает самой высокой теплопроводностью среди всех твердых ископаемых. Драгоценный камень можно сколько угодно удерживать зажатым в ладони. При этом его температура останется неизменной.
Алмаз имеет уникальную люминесценцию. Световые лучи любого происхождения при прохождении через минерал заставляют его ярко светиться и переливаться всеми цветами радуги.

Структура

По сути, алмаз состоит из атомов углерода. Однако каждый из них располагается в центральной части тетраэдра - многогранника, что сформирован из четырех плоскостей треугольника. Таким образом обеспечивается чрезвычайно прочная связь атомов. Этим и объясняется высочайшая твердость, а также внушительная температура плавления алмаза.

Условия плавления алмазов

В 2010 году в ходе опытов физики лаборатории Калифорнийского университета, расположенного в Беркли, определили уровень температурного воздействия на алмаз, который приводит к его плавлению. Ученые установили, что преобразовать материал в жидкую форму в обычных условиях невозможно, независимо от уровня нагревания. Достичь указанной цели можно лишь при воздействии на алмаз не только температурой, но и высочайшим давлением. Повышать давление необходимо, чтобы минерал не превращался в графит. Таким образом, переход алмаза в жидкую форму является крайне затруднительным процессом.

Какова температура плавления и температура кипения алмаза?

Согласно данным, полученным в ходе исследования свойств материала, его плавление в воздушном пространстве под высоким давлением происходит при нагревании до 850-1000 о С. До кипения алмаз можно довести, воздействуя на него температурой от 1800 до 2000 о С в вакууме. В обоих случаях при остывании минерал преобразуется в графит.

Устанавливая, какова температура плавления алмаза, ученые проводили опыты с использованием небольшого природного минерала, масса которого составляла 1/10 доли карата. Закипание поверхностей материала происходило под воздействием ударной волны, создаваемой благодаря кратковременным лазерным импульсам.

Установить, какому показателю равняется температура плавления алмаза (в градусах), исследователям удалось лишь при создании давления, которое в 40 млн раз превышало нормальное давление атмосферы на уровне моря. При понижении давления до 11 млн атмосфер на поверхности кипящего минерала стали образовываться твердые частицы, которые не тонут, а плавают подобно льду в воде.

Где встречаются алмазы в земной коре?

Эти минералы чрезвычайно редкие. Впрочем, промышленные месторождения сегодня разрабатываются практически на всех континентах земного шара. Исключением является лишь Антарктида.

До средины 19 века считалось, что минералы формируются в речных отложениях. Позже были открыты первые алмазоносные полости в каменистой горной почве на глубине в несколько сотен метров.

Согласно данным ученых, возраст некоторых алмазов составляет от 100 млн до 2,5 млрд лет. Исследователям удалось раздобыть более «старые» минералы неземного происхождения. Последние занесены на планету вместе с метеоритами, которые образовались в космическом пространстве еще до формирования Солнечной системы.

Существуют ли алмазы в расплавленном виде в естественных условиях?

Температура плавления алмаза настолько высока, что на Земле минерал больше не может существовать в кипящем виде. Однако как обстоят дела с космическими объектами? Согласно мнению ученых, температура плавления алмаза по сей день поддерживается в недрах таких планет, как Нептун и Уран. Примечательно, что последние на 10 % сформированы из углерода, который является структурной основой этого минерала.

Как утверждают многие ученые, на вышеуказанных планетах имеются целые океаны алмазов в жидкой, кипящей форме. Такая гипотеза объясняет, почему магнитное поле этих небесных тел ведет себя настолько странно. Ведь Нептун и Уран являются единственными планетами в Солнечной системе, у которых географические полюса не имеют четкого положения и буквально разнесены в пространстве. Для подтверждения интересной гипотезы остается лишь смоделировать аналогичные условия на Земле экспериментальным путем. Однако такое решение на данный момент остается чрезвычайно дорогим и трудоемким. Поэтому пока нет возможности определить наверняка, действительно ли на близлежащих планетах имеются целые океаны алмазов в расплавленном виде.

Это состояние, находящееся на границе кристаллической и расплавленной форм, поможет не только лучше узнать структуру и характеристики алмаза, но и раскроет тайны далеких планет.

"Алмазы можно назвать привычным для Земли химическим соединением. Однако для того чтобы его расплавить, недостаточно просто высокой температуры - необходимо также экстремально высокое давление, которое, в свою очередь, мешает регулировать нагрев", - говорит один из авторов исследования Герман Эггерт.

Ученым однажды удалось расплавить алмаз, но в ходе того эксперимента научная группа не смогла должным образом регулировать течение процесса и измерять параметры. Можно сказать, что результат того опыта получился случайно.

Алмазы - исключительно прочный материал, и одно только это превращает его плавление в сверхсложную задачу. Но, кроме того, есть еще одна особенность, которая делает процесс практически невозможным. Дело в том, что при повышении температуры алмазы не желают сохранять свою природу и меняют физические свойства, превращаясь в графит. И уже это соединение превращается в жидкость. Ученым пришлось пойти на хитрость - довести алмаз до того состояния, когда он начинает превращаться в графит, и удержать его в нем.

Газовые гиганты Уран и Нептун - один из немногих мест в известной нам части Вселенной, где сверхвысокие температуры сочетаются со сверхвысоким давлением. Чтобы воспроизвести подобные природные условия, Эггерт и его коллеги поместили натуральный алмаз весом десять карат и толщиной в полмиллиметра в лазерную установку, которая способна создавать гигантское давление.

При давлении в 40 миллионов раз выше, чем давление на Земле на уровне моря алмаз превратился в жидкую субстанцию. После этого ученые начали постепенно уменьшать давление и температуру в установке. На отметке в 11 миллионов раз превышающее нормальное давление на Земле и температуре около 50000 градусов Кельвина в алмазной жидкости начали образовываться твердые осколки. Опытным путем удалось установить, что процесс их формирования набирает обороты при понижении давления с одновременным поддержанием температуры на постоянном уровне.

Дальнейшее поведение образца поразило ученых. Алмазные крошки не слипались, а плавали в жидкой среде подобно тому, как айсберги плавают на просторах океанов.

Большинство материалов в жидкой форме обладают плотностью меньше, чем в твердой. Единственным исключением считается вода, поскольку плотность льда всегда меньше плотности воды в жидком состоянии. Расплавленный алмаз демонстрирует те же качества.

Анализ показывает, что Нептун и Уран на десять процентов состоят из углерода. Поэтому, считает Эггерт, существование на этих планетах алмазных морей вполне возможно. Мало того, подобные формирования отлично вписались бы в теорию, поскольку могут объяснить одну из интереснейших загадок этих газовых гигантов.

На Земле магнитные полюса практически совпадают с географическими полюсами. А на Уране и Нептуне ось магнитного поля резко смещена от оси вращения - разница составляет около 60 градусов. Существование алмазного океана, который способен отражать и преломлять магнитные волны, вполне могло бы дать объяснение подобному феномену.

Об алмазных морях и бриллиантовых берегах Урана и Нептуна рассказал сотрудник Института космических исследований доктор геолого-минералогических наук Илья Торбаев.

"С физической точки зрения предложенная модель не имеет явных изъянов. Да, мы привыкли к тому, что для Земли алмаз является уникальным минералом. Но эта уникальность обуславливается только отсутствием на нашей планете достаточных условий для формирования таких химических соединений.

Уран и Нептун, напротив, как будто бы созданы для синтеза подобных веществ. Высокое содержание углерода, экстремальное давление и высокая температура могли сделать так, что алмаз там стал так же распространен, как кремний на Земле. В то время как физико-химическая составляющая эксперимента Эггарта не вызывает никаких сомнений, астрономическая часть требует проверки и доказательств. Но их придется подождать - ближайшие экспедиции к Урану и Нептуну запланированы лишь на 2025-2030 годы".

Возможно, будет полезно почитать:

	Портал «Геология»