Древнее космическое столкновение могло запустить образование загадочных чёрных алмазов

Учёные предложили новое объяснение происхождения карбонадо — редких пористых чёрных алмазов, которые находят главным образом в Бразилии и Центральной Африке. Анализ бразильских образцов показал, что сами алмазы, вероятно, не возникли непосредственно при падении космического тела. Вместо этого древнее столкновение могло запустить быстрое погружение богатого углеродом материала глубоко в Землю, где под высоким давлением и сформировались алмазы.

Карбонадо сильно отличаются от обычных ювелирных алмазов. Они представляют собой агрегаты множества микроскопических алмазных кристаллов и содержат многочисленные поры размером от микрометров до миллиметров. Некоторые полости заполнены вторичными минералами. При этом такие алмазы не находят непосредственно в кимберлитовых породах, где обычно формируются и сохраняются алмазы мантийного происхождения.

Авторы исследовали 36 образцов из конгломератов формации Томбадор в районе Шапада-Диамантина в Бразилии. Эти породы содержат очень древние карбонадо, возраст которых по предыдущим оценкам может составлять примерно 2,6–3,8 млрд лет. Для анализа использовали изотопные измерения углерода, рентгеновскую компьютерную томографию, сканирующую и просвечивающую электронную микроскопию.

Одной из главных загадок была гладкая, почти стекловидная поверхность некоторых чёрных алмазов. Ранее её сравнивали с оплавленной коркой метеоритов и рассматривали как возможный след мощного космического удара.

Однако электронная микроскопия не обнаружила на краях исследованных кристаллов структурных изменений, характерных для ударного воздействия. Внутри алмазов присутствовали следы пластической и хрупкой деформации, но не специфические признаки ударного метаморфизма. По мнению авторов, это исключает прямое образование стекловидной поверхности в результате космического столкновения.

Дополнительную подсказку дал анатаз — одна из кристаллических форм диоксида титана. На части образцов исследователи обнаружили нанокристаллическую корку анатаза. Под ней сохранились хорошо оформленные алмазные кристаллы, тогда как поверхность самого анатаза и открытого алмаза была одинаково сглажена.

Из этого следует, что сначала на алмазах появился анатаз, а уже позднее произошло сглаживание поверхности. Авторы связывают его не с плавлением, а с постепенным растворением и преобразованием алмаза под воздействием флюидов во время слабого метаморфизма при температуре ниже примерно 400 °C.

Изотопный состав углерода дал другую часть картины. У большинства образцов значение δ¹³C составляло от −28,7 до −21,8‰. Такой диапазон близок к значениям, характерным для древнего органического вещества, и ранее рассматривался как один из аргументов в пользу поверхностного происхождения исходного углерода.

Один необычный образец имел δ¹³C около −15,6‰ — промежуточное значение между типичным карбонадо и мантийными алмазами. Авторы считают, что это может указывать на смешение углерода органического происхождения с мантийным углеродом уже после погружения материала в глубины Земли. Однако сам по себе изотопный состав не доказывает такой сценарий однозначно.

На основании новых данных и предыдущих исследований учёные предложили многоэтапную модель происхождения карбонадо. Согласно ей, в архее крупное космическое столкновение могло инициировать быстрое погружение поверхностных пород, содержащих органический углерод. Материал оказался в мантии, где высокое давление привело к образованию пористых алмазных агрегатов.

Позднее восходящая магма могла разрушить алмазоносный слой и вынести его фрагменты ближе к поверхности. Затем алмазы взаимодействовали с магматическими флюидами, в их порах осаждались дополнительные минералы, а на поверхности появлялся анатаз. После эрозии и попадания в осадочные породы последующее воздействие флюидов сгладило поверхность карбонадо.

Авторы подчёркивают, что это пока гипотеза. Исследователи не обнаружили минерал-включение, который однозначно доказал бы погружение поверхностного материала глубоко в мантию, и не связали карбонадо с каким-либо конкретным древним ударным кратером.

Поэтому наиболее уверенный вывод новой работы касается не самого космического столкновения, а истории поверхности чёрных алмазов. Стекловидный внешний слой, вероятнее всего, сформировался значительно позже самих алмазов в результате взаимодействия с флюидами, а не при ударном плавлении.

Если предложенная модель подтвердится, карбонадо могут оказаться редким свидетельством того, как органический углерод уже миллиарды лет назад переносился с поверхности Земли глубоко в её мантию.

Исследование опубликовано в журнале Gondwana Research.