Алмазы из воздуха и арахисовой пасты: как выращивают драгоценные камни

Во всех землетрясениях и извержениях вулканов на нашей планете виноваты гигантские подземные вихри. Такое сенсационное открытие сделала международная группа ученых из Великобритании, Франции, Австралии и Китая. Подземные вихри, о которых идет речь, состоят из расплавленной породы. 

"Благодаря анализу ударной волны, во время землетрясений под Тихим океаном и Африкой обнаружили ранее неизвестные структуры. В них находится магма, которая имеет более низкую плотность, чем в других частях земной мантии. Эти огромные сгустки образуют вихревые потоки и заставляют тектонические плиты двигаться. В результате повышается вулканическая активность и происходят природные катаклизмы", – заявил профессор кафедры наук о Земле Университета Райса Ноа Хардинг. 

Поразительно то, что только благодаря этим вихрям появляются алмазы. О том, как это происходит и каким образом добыть блестящие камни, рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Как появляются алмазы

Ученые обнаружили под землей огромные вихри из раскаленной магмы и выяснили, что именно благодаря им появляются алмазы. Блестящие ископаемые рождаются в земной коре под воздействием колоссального давления и температуры, а магма выталкивает драгоценные камни ближе к поверхности. Так образуются кимберлитовые трубки, из которых люди добывают алмазы. 

На руднике Джваненг (юге Ботсваны) таким способом получают две с половиной тонны алмазов в год. В карьере Дайавик (Канада) – почти полторы тонны алмазов. Чуть меньше дает Катока на северо-западе Анголы. Но самое интересное не это: ради пяти с небольшим тонн алмазов на рудниках просеивают почти 60 миллионов тонн руды. 

Поиски алмазов на дне океана

Добывать алмазы с каждым годом все сложнее, а в будущем рудники могут и вовсе истощиться. Поэтому в Намибии решили искать драгоценные камни не под землей, а на дне океана. Ведь оно усыпано песком, в котором содержатся частички дорогостоящих минералов. Инженеры построили гусеничный пылесос весом в 320 тонн: он способен всего за час собрать песок с площади в два футбольных поля.  

"Электрогидравлическое судно управляется дистанционно, и весь собранный песок грузит на сортировочный конвейер. Там он просеивается, и в результате мы доставляем с борта на сушу до семи сотен крупных алмазов ежесуточно, а весь собранный песок возвращается обратно на дно. По сравнению с добычей на суше, для процесса требуется минимум рабочих рук", – отмечает главный исполнительный директор международной корпорации по добыче, обработке и продаже природных алмазов Брюс Кливер.

Правда, даже при этих условиях добыча алмазов под водой требует больших затрат и усилий. 

Алмазы из арахисовой пасты

Но, оказывается, получить драгоценные камни можно намного проще. Звучит невероятно, но превратиться в самый дорогой минерал в мире могут перетертые орехи. Такое неожиданное открытие сделали геологи из немецкого Байройта, когда изучали процессы в земных недрах. Всего-то и надо было нагреть арахисовую пасту до двух тысяч градусов. 

"В геосфере, на глубине до 70 километров, при экстремально высоких температурах и давлении свыше миллиона атмосфер, минералы меняют свою кристаллическую структуру и плотность. В арахисовой пасте содержится углерод, поэтому в установке с такими же условиями масло затвердело и превратилось в крохотные алмазы", – объяснил профессор физики почв Байройтского университета Эфстатиос Диамантопулос. 

Вот только алмазы, полученные таким необычным способом, оставляют желать лучшего.

Секреты выращивания алмазов в лаборатории

Псковские ученые придумали, как, не перерывая тонны земли и не просеивая сотни тысяч кубометров песка, добывать алмазы самой чистой воды. Специально для "Науки и техники" они открыли двери секретной лаборатории, где выращивают драгоценные камни. 

"Основной рост алмаза будет происходить в данном сплаве металла. Это особый сплав, который мы используем для роста наших монокристаллов. Они имеют несколько отличий. Зачастую мы изменяем их состав для того, чтобы получить тот или иной цвет или ту или иную структуру алмаза. Но в любом случае, будет вырастать алмаз в таком количестве, в котором необходимо нам", – рассказал начальник сборочного участка компании по производству лабораторных алмазов Ислам Ныров. 

На первый взгляд все довольно просто: надо взять металлическую платину с вкраплениями графита, сдавить ее, подогреть и ждать, когда камни начнут расти. Точно так же, как кристаллы медного купороса в школьном эксперименте по физике. 

Вот только получить драгоценные камни дома не выйдет. Ведь нужна температура как в вулканической лаве, и давление – в семь раз больше, чем на дне Марианской впадины. Поэтому ученые используют для выращивания алмазов гидравлический пресс. 

"Это гидравлические пресса шестипуансонные, которые создают необходимое давление до 70 тысяч атмосфер и температуру до полутора тысяч градусов", – отмечает генеральный директор компании по производству лабораторных алмазов Екатерина Наговицына. 

Получается, ученые создают в лаборатории такие же условия, что и в земных недрах, но при этом усиливают воздействие в несколько тысяч раз и ускоряют процесс. Алмазы вырастают не за миллионы лет, а всего за пару недель. Отличить их от природных даже специалистам непросто. 

При этом лабораторные камни стоят на 85% меньше. Ученые могут даже экспериментировать с цветом и крупностью камней. Размеры ограничены лишь объемом так называемой ростовой ячейки – специального контейнера, в котором кристаллизуются алмазы. 

"Больше 30, грубо говоря, до 40 карат мы можем поднять. Если мы говорим про микроэлектронику и оптику – там нужны пластины достаточно большие и высокого качества. Одно из наших преимуществ, по сравнению с природными, это как раз-таки то, что мы можем повторять и делать серию абсолютно идентичных алмазов", – говорит Наговицына.

Как работает алмазная наковальня

В Австралии разработали другую технологию. Она позволяет получать алмазы без воздействия огромной температуры. Правда, для этого пришлось увеличить давление до немыслимого значения – почти в 800 атмосфер. Это можно сравнить с силой шести с половиной сотен африканских слонов, которые надавили на кончик балетного пуанта. Еще более невероятным кажется, что такое давление нагнетает крошечное устройство. 

"Я держу в руках алмазную наковальню. Давление в ней заставляет атомы углерода менять свое положение. В результате формируется кристаллическая решетка минерала. Процесс синтеза занимает всего несколько минут. Таким способом мы можем даже получить лонсдейлит. Этот шестиугольный алмаз гораздо тверже обычного. В природе в чистом виде он встречается крайне редко, в основном в местах падения метеоритов", – рассказывает профессор физики высокого давления Научно-исследовательской школы физики и инженерии Австралийского национального университета Джоди Брэдби. 

Вот только драгоценные камни получаются слишком мелкими, поэтому использовать их можно лишь в промышленности. 

Драгоценные камни из воздуха 

Но ученые уже придумали, как порадовать и поклонниц ювелирных изделий. Эти сверкающие камни получают не из руды или графита – их делают из воздуха. Точнее, из углекислого газа, который в нем содержится. Звучит как фантастика, но это реальная технология. Ее разработали в Великобритании. 

"Для изготовления синтетического бриллианта используется метод химического осаждения из газовой фазы. В специальную камеру помещаются СО2 и так называемая алмазная подложка из алмазного зерна. Они нагреваются до 800 градусов Цельсия. В результате синтеза углеродные элементы связываются с основой и создают алмаз", – говорит генеральный директор компании по производству бриллиантов из воздуха Дейл Винс. 

В месяц таким способом можно получить до 40 граммов алмазов. 

Поиски алмазов в космосе

Но оказалось, что все перечисленные методы уже не актуальны. Есть способ добычи алмазов, который все это покроет с лихвой. Ученые предлагают искать драгоценные камни в космосе. 

В 2023 году в сотне световых лет от нас ученые европейского космического агентства обнаружили очень необычную звезду. Небесное тело уже сожгло всю свою энергию, остыло до состояния белого карлика и теперь превращается в гигантский алмаз. 

"Этой звезде около четырех миллиардов лет, и сейчас ее температура не превышает шести с половиной тысяч градусов Цельсия. То есть небесное тело представляет собой только оболочку солнцеподобной звезды. Для звезд с ядрами, состоящими в основном из металлического кислорода и углерода, процесс охлаждения в конечном итоге может привести к кристаллизации в гигантский алмаз. Правда, этот процесс слишком длительный. Переход может занять квадриллион лет, а ведь возраст нашей Вселенной в десятки раз меньше", – подчеркнул астроном, инженер Европейского космического агентства Фред Янсенс. 

Но, может быть, мы просто слишком мало знаем о нашей Вселенной, и где-то в галактике есть звезды, которые остыли и уже превратились в алмазы. Осталась мелочь – только до них добраться. И выражение "увидеть небо в алмазах" станет нашей реальностью. Конечно, после того, как мы придумаем способ транспортировать гигантские драгоценные камни на Землю.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.