Экспериментальное моделирование механизмов образования алмаза.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-17-00075

НазваниеЭкспериментальное моделирование механизмов образования алмаза.

Руководитель Пальянов Юрий Николаевич, Доктор геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-205 - Минералы, их ассоциации и процессы минералообразования

Ключевые слова алмаз, механизмы образования, дефектно-примесные центры, изотопы углерода, эксперимент, высокие давления, мантия, моделирование

Код ГРНТИ38.39.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на выявление возможных механизмов образования алмаза в условиях литосферной мантии методом экспериментального моделирования и непосредственно связан с проблемой генезиса алмаза, а также с дискуссионными вопросами изотопной геохимии углерода и глобального углеродного цикла. В рамках проекта будут получены данные о новых механизмах кристаллизации алмаза, представляющие интерес для разработки патентоспособных способов синтеза алмаза. В настоящее время вопрос о возможных механизмах образования алмаза, включающий, прежде всего, выяснение движущей силы процесса кристаллизации, источника углерода и состава среды кристаллизации, является одним из нерешенных вопросов генезиса алмаза. Современные представления по проблеме генезиса алмаза базируются на комплексе знаний по минералогии природного алмаза, данных термодинамического моделирования и результатах экспериментов в модельных системах. Ключевой вопрос, касающийся механизмов образования алмаза в существующих моделях, либо аккуратно обходится, либо формулируется в самом общем виде. В подавляющем большинстве экспериментальных исследований, проведенных в различных по составу средах, реализованы два механизма кристаллизации – синтез алмаза из графита (за счет разности химических потенциалов этих фаз) и рост по методу температурного перепада (за счет изменения растворимости алмаза при разных температурах). Оба эти механизма маловероятны для природного алмазообразования в условиях литосферной мантии. В этой связи актуальным представляется поиск новых механизмов образования алмазов, адекватных природным процессам, и проверки моделей, постулированных в ряде работ, но не имеющих экспериментальных подтверждений. В рамках предлагаемого проекта планируем впервые смоделировать и изучить возможный механизм кристаллизации алмаза за счет электрохимических процессов, существование которых в глубинных зонах Земли связывают преимущественно с вариациями магнитного поля, а также редокс гетерогенностью в мантии. В условиях восстановленной Fe-содержащей мантии в качестве возможных механизмов образования алмаза актуально исследование процессов сульфидизации и окисления металл-углеродных расплавов, сопряженных с выделением элементарного углерода. Принципиально новый экспериментальный подход предлагается для моделирования алмазообразования за счет взаимодействия восстановленных (углеводородных) и окисленных (СО2) флюидов. Эксперименты по проекту будут проведены на базе уникального комплекса сверхвысоких давлений, созданного в лаборатории на базе установок БАРС, разработанных в ИГМ СО РАН. Для решения конкретных задач по проекту будет разработана электрохимическая ячейка и специальная схема для моделирования алмазообразования за счет взаимодействия восстановленных и окисленных флюидов. Аналитические исследования будут проведены с использованием методов и приборов, имеющихся в лаборатории и в ЦКП Аналитический центр ИГМ СО РАН Института. Комплекс оборудования, который будет задействован в проекте, включает микроанализаторы, оптические и электронные микроскопы, ИК и КР спектрометры, изотопный масс-спектрометрический комплекс с системами подготовки проб. Актуальность исследований определяется комплексом нерешенных вопросов по проблеме генезиса алмаза, касающихся, прежде всего, механизмов образования алмаза и сопряженных с дискуссионными вопросами изотопной геохимии углерода и глобального углеродного цикла. Новизна запланированных исследований определяется принципиально новыми экспериментально-методическими подходами, которые обеспечат получение новой информации по механизмам образования алмаза и мантийным минералообразующим процессам, инициированным ранее неизученными факторами.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ю.Н. Пальянов, И.Н. Куприянов, Ю.М. Борздов Effect of crystallization conditions on the formation of defect-impurity centers in diamond. Book of Abstracts. XIX International Meeting on Crystal Chemistry, X-ray Diffraction and Spectroscopy of Minerals. Russia. Apatity, July 2-5, 2019, P. 175 (год публикации - 2019)

2. Реутский В.Н., Пальянов Ю.Н. Preliminary experimental data on isotope and impurity fractionation at diamond crystallization by dodecahedron and trapezohedron faces. Book of Abstracts. XIX International Meeting on Crystal Chemistry, X-ray Diffraction and Spectroscopy of Minerals. Russia. Apatity, July 2-5, 2019, p. 178 (год публикации - 2019)

3. Пальянов Ю.Н., Борздов Ю.М., Сокол А.Г., Баталева Ю.В., Куприянов И.Н. Экспериментальное моделирование механизмов образования алмаза. Материалы конференции «Физико-химические факторы петро- и рудогенеза: новые рубежи». Всероссийская конференция, посвященная 120-летию со дня рождения выдающегося российского ученого академика Д.С. Коржинского. Москва, 7-9 октября 2019 г., c. 147-151 (год публикации - 2019)

4. Реутский В.Н. Изотопный метод определения окислительно-восстановительных условий алмазообразования. Расширенные тезисы докладов XXII Симпозиума по геохимии изотопов имени А.П. Виноградова, Москва, 29-31 октября 2019г., с. 372-378 (год публикации - 2019)

5. Пальянов Ю.Н., Борздов Ю.М., Куприянов И.Н. , Баталева Ю.В., Нечаев Д.В. Effect of Oxygen on Diamond Crystallization in Metal–Carbon Systems ACS Omega, 5, 29, 18376–18383 (год публикации - 2020)
10.1021/acsomega.0c02130

6. Пальянов Ю.Н., Куприянов И.Н., Борздов Ю.М., Баталева Ю.В. Effect of sulfur on diamond growth and morphology in metal-carbon systems. CrystEngComm, V. 22, Iss. 33, p. 5497-5508 (год публикации - 2020)
10.1039/d0ce00865f

7. Пальянов Ю.Н., Борздов Ю.М., Сокол А.Г., Баталева Ю.В., Куприянов И.Н., Реутский В.Н., Виденбек М., Соболев Н.В. Diamond Formation in an Electric Field under Deep Earth Conditions. Science Advances (год публикации - 2020)
10.1126/sciadv.abb4644

8. Пальянов Ю.Н., Хохряков А.Ф., Куприянов И.Н. Crystallomorphological and Crystallochemical Indicators of Diamond Formation Conditions Crystallography Reports, Vol. 66, No. 1, pp. 142–155. (год публикации - 2021)
10.1134/S1063774521010119

9. Баталева Ю.В., Новоселов И.Д., Борздов Ю.М., Фурман О.В., Пальянов Ю.Н. Experimental Modeling of Ankerite–Pyrite Interaction under Lithospheric Mantle P–T Parameters: Implications for Graphite Formation as a Result of Ankerite Sulfidation. Minerals, 2021, 11, 1267 (год публикации - 2021)
10.3390/min11111267

10. Пальянов Ю.Н., Борздов Ю.М., Баталева Ю.В., Куприянов И.Н. Diamond formation during sulfidation of metal–carbon melts. Diamond and Related Materials, V.120, 108660 (год публикации - 2021)
10.1016/j.diamond.2021.108660

11. Крук А.Н., Кораблин А.А., Сокол А.Г., Пальянов Ю.Н. Phase relations in the Fe-Fe3C-Fe3N system at 7.8 GPa and 1150°C: implications for C and N hosts in metal-saturated mantle. High Pressure Research, 41, 4, 392-404 (год публикации - 2021)
10.1080/08957959.2021.1998479

12. Пальянов Ю.Н. Split-Sphere Multi-Anvil High-Pressure Apparatus (BARS) for Diamond Synthesis and Experimental Modeling of Diamond Genesis. International Workshop on Development of multianvil technology and its applications to Earth and material sciences, Bayreuth, Germany, 22-24 September 2021, p. 50 (год публикации - 2021)

13. Пальянов Ю.Н., Борздов Ю.М., Сокол А.Г., Баталева Ю.В., Куприянов И.Н., Реутский В.Н., Соболев Н.В., Виденбек М. Образование алмаза под действием электрического поля при Р-Т параметрах мантии Земли. Тезисы докладов Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (ВЕСЭМПГ-2021). Москва, 25-26 мая 2021 г., с.97 (год публикации - 2021)

14. Пальянов Ю.Н., Баталева Ю.В., Борздов Ю.М., Куприянов И.Н. Условия кристаллизации алмаза и графита в процессах сульфидизации металл-углеродных расплавов. Тезисы докладов Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (ВЕСЭМПГ-2021). Москва, 25-26 мая 2021г., с.96 (год публикации - 2021)

15. Сокол И.А., Сокол А.Г., Борздов Ю.М., Пальянов Ю.Н. Electrochemical approach to HPHT redox processes study: developing the method. International Workshop on Development of multianvil technology and its applications to Earth and material sciences, Bayreuth, Germany, 22-24 September 2021, p.34 (год публикации - 2021)

16. Лус Р.В., Пальянов Ю.Н., Бюро Х. Experimental Petrology Applied to Natural Diamond Growth. Reviews in Mineralogy and Geochemistry (год публикации - 2022)
10.2138/rmg.2021.87.XX

Публикации