Алмаз

Несмотря на то, что алмаз является самым твердым природным веществом на Земле, его прочность оценивается как 'хорошая' из-за идеальной спайности в четырех направлениях. Сильные удары в определенных направлениях при повседневном ношении могут привести к трещинам и повреждению камня.

Алмаз очень стабилен в повседневных условиях, обладает отличной устойчивостью к воздействию света, тепла и обычных бытовых моющих средств. Он остается невосприимчивым к влаге или сухим условиям, и загрязнения практически не влияют на его внешний вид.

Главные отличительные черты алмаза — высочайшая среди минералов твёрдость (и в то же время хрупкость), наиболее высокая теплопроводность среди всех твёрдых тел 900—2300 Вт/(м·К), большой показатель преломления и дисперсия. Алмаз является широкозонным полупроводником. 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 0,6—1,0. Высокая твёрдость обуславливает 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 Дж/моль, энергия связи 700 Дж/моль — менее 1 % от энергии кристалла. Температура плавления алмаза составляет примерно 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 углекислый газ. При нагреве до 2000 °C без доступа воздуха алмаз спонтанно за 15—30 минут переходит в графит и взрывообразно разрушается на мелкие части, при температурах более 2000 K поведение термодинамических характеристик алмаза (теплоёмкость, энтальпия) с ростом температуры приобретает аномальный характер. 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). Зависимость показателя преломления от длины волны называется дисперсией, а в геммологии этот термин имеет специальное значение, определяемое как разница показателей преломления прозрачной среды при двух определённых длинах волн (обычно для пар фраунгоферовых линий λB=686,7 нм и λG=430,8 нм или λC=656,3 нм и λF=486,1 нм). Для алмаза дисперсия DBG равна 0,044, а DCF=0,025. 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. Большой показатель преломления, наряду с высокой прозрачностью и достаточной дисперсией показателя преломления (игра цвета), делает алмаз одним из самых дорогих драгоценных камней (наряду с изумрудом, рубином и александритом, которые соперничают с алмазом по цене). Алмаз в естественном виде не считается красивым. Красоту придаёт алмазу огранка, создающая условия для многократных внутренних отражений. Огранённый особым образом (Гущинская форма) алмаз называется бриллиантом.

Алмазы в мантии образуются в результате метасоматического процесса, когда флюид или расплав COHNS растворяет минералы в породе и заменяет их новыми минералами. (Неопределенный термин COHNS обычно используется, потому что точный состав неизвестен.) Алмазы образуются из этой жидкости либо за счет восстановления окисленного углерода (например, CO2 или CO3), либо путем окисления восстановленной фазы, такой как метан. Используя зонды, такие как поляризованный свет, фотолюминесценция и катодолюминесценция, в алмазах можно идентифицировать ряд зон роста. Характерный узор в алмазах из литосферы включает почти концентрическую серию зон с очень тонкими колебаниями люминесценции и чередующимися эпизодами, когда углерод резорбируется жидкостью, а затем снова растет. Алмазы из-под литосферы имеют более неправильную, почти поликристаллическую текстуру, отражающую более высокие температуры и давления, а также перенос алмазов за счет конвекции.

Самая распространенная кристаллическая структура алмаза называется алмазной кубической. Он состоит из элементарных ячеек (см. Рисунок), установленных друг на друга. Хотя на рисунке 18 атомов, каждый угловой атом делится на восемь элементарных ячеек, а каждый атом в центре грани - на два, так что всего на элементарную ячейку приходится восемь атомов. Каждая сторона элементарной ячейки имеет длину 3,57 ангстрем. Кубическую решетку алмаза можно представить как две взаимопроникающие гранецентрированные кубические решетки, одна из которых смещена на 1/4 диагонали вдоль кубической ячейки, или как одну решетку с двумя атомами, связанными с каждой точкой решетки. Если смотреть с кристаллографического направления <1 1 1>, он состоит из слоев, уложенных в повторяющийся узор ABCABC ... Алмазы также могут образовывать структуру ABAB ..., которая известна как гексагональный алмаз или лонсдейлит, но это встречается гораздо реже и образуется в условиях, отличных от кубического углерода.

Огранённый алмаз (бриллиант) уже многие десятилетия является популярнейшим и дорогим драгоценным камнем. В подавляющей степени цена алмаза обусловлена крайне высокой монополизацией этого рынка, но не добытчиками алмазов, а огранщиками и торговцами бриллиантами. Все алмазодобывающие компании и страны добыли в 2016 г. алмазов на сумму 12,4 млрд долларов, в то время как экспорт алмазов в мире в 2016 году составил 116 млрд долларов. То есть алмазодобытчики получают 10 % доходов алмазного рынка, а 90 % доходов приходится на огранщиков и торговцев алмазами. Фирма «Де Бирс», на долю которой приходится около 20 % мировой добычи (2 место в мире), разрабатывает месторождения Ботсваны, ЮАР, Намибии и Танзании. На долю АЛРОСА, которая разрабатывает месторождения алмазов не только в России, но и в Анголе, Ботсване (ГРР), Зимбабве (ГРР), приходится 28 % добычи (1 место в мире). Австрало-канадская компания Rio Tinto добывает 13 %, Dominion Diamond (Канада) - 6 %, Petra Diamonds (ЮАР, Танзания, Ботсвана (ГРР)) добывает 3 %. Все прочие компании добывают 29 %. Подавляющая часть (по стоимости) природных алмазов используется для производства бриллиантов. Исключительная твёрдость алмаза находит своё применение в промышленности: его используют для изготовления ножей, свёрл, резцов и тому подобных изделий. Потребность в алмазе для промышленного применения вынуждает расширять производство искусственных алмазов. В последнее время проблема решается за счёт кластерного и ионно-плазменного напыления алмазных плёнок на режущие поверхности. Алмазный порошок (как отход при обработке природного алмаза, так и полученный искусственно) используется как абразив для изготовления режущих и точильных дисков, кругов и т. д. Также применяются в квантовых компьютерах, в часовой и ядерной промышленности. Крайне перспективно развитие микроэлектроники на алмазных подложках. Уже есть готовые изделия, обладающие высокой термо- и радиационной стойкостью. Также перспективно использование алмаза как активного элемента микроэлектроники, особенно в сильноточной и высоковольтной электронике из-за большой величины пробивного напряжения и высокой теплопроводности. При изготовлении полупроводниковых приборов на основе алмаза используются, как правило, допированные плёнки алмаза. Так, допированный бором алмаз имеет p-тип проводимости, фосфором — n-тип. Из-за большой ширины зоны алмазные светодиоды работают в ультрафиолетовой области спектра. В 2004 году в ИФВД РАН впервые синтезировали алмаз, имеющий сверхпроводящий переход при температуре 2-5 К (зависит от степени легирования). Полученный алмаз представлял собой сильнолегированный бором поликристаллический образец, позже в Японии получили алмазные плёнки, переходящие в сверхпроводящее состояние при температурах 4-12 К. Пока сверхпроводимость алмаза представляет интерес лишь с научной точки зрения.

В Древнем Египте считалось, что алмаз символизирует солнце, а индусы в Древней Индии верили, что они могут притягивать молнии. Древние греки и римляне считали, что бриллианты - это слезы богов. Алмаз также символизируют верность и обязательства между двумя людьми, состоящими в отношениях, поэтому в некоторых культурах кольцо с бриллиантом является символом помолвки или намерения вступить в брак.

Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде. Прежде других стали известны месторождения алмазов в Индии, на востоке Деканского плоскогорья; эти месторождения уже к концу XIX века были очень сильно истощены. В 1727 г. были открыты богатейшие алмазные месторождения Бразилии, особенно в провинции Минас-Жерайс, у Теюке или Диамантины, также у Ла-Хапады в провинции Баия. С 1867 г. стали известны богатые месторождения Южной Африки — «Капские» алмазы. Алмазы были найдены возле современного города Кимберли в коренных отложениях, получивших названия кимберлитов. 16 июля 1871 года компания искателей алмазов расположилась на ферме братьев Де Бирс. Братья приобрели ферму ещё в годы начала алмазной лихорадки в регионе за 50 фунтов стерлингов, а в итоге продали за 60 000. Самым главным объектом алмазодобычи в районе Кимберли стала «Большая дыра» («Big Hole»), вырытая практически вручную нахлынувшими сюда старателями, численность которых достигла 50 тыс. чел. к концу XIX в. Каждый день до 30 тыс. искателей алмазов трудились здесь днями и ночами. С 1871—1914 годы они разработали примерно 2,722 тонны алмазов (14,5 миллионов карат), а в процессе разработки карьера ими было извлечено 22,5 млн тонн грунта. Позже новые алмазные трубки были найдены к северу от Кимберли — в Трансваале, в районе хребта Витватерсранд. В 2006 году в мире было добыто 176 млн карат алмазов. В последние годы в отрасли был зафиксирован спад добычи. Согласно материалам Кимберлийского процесса, мировая добыча алмазов в 2015 году составила 127,4 млн карат алмазов на сумму 13,9 млрд долларов (средняя стоимость карата около 109$). Добыча алмазов (в стоимостном выражении) в странах-лидерах составляла: Россия — 4,2 млрд долларов; Ботсвана — 3,0 млрд долларов; Канада — 1,7 млрд долларов; ЮАР — 1,4 млрд долларов; Ангола — 1,2 млрд долларов. По данным Кимберлийского процесса (КП) в 2018 году мировая добыча алмазов составила 148,4 млн карат, на общую сумму 14,47 млрд долларов США (средняя стоимость добытых алмазов 97 долларов США за карат). Три компании De Beers, АЛРОСА и Rio Tinto совокупно контролируют около 70 % мировой добычи алмазов, по состоянию на 2017 год. Лидером по стоимости добытых алмазов, является южноафриканская компания De Beers — $5,8 млрд или около 37 % мировой добычи в 2017 году, в количественном выражении лидирующее положение занимает российская АЛРОСА с показателем в 39,6 млн карат. Мощности действующих месторождений, степень их выработки, и ожидаемый ввод в эксплуатацию новых рудников позволяют предположить, что в средне- и долгосрочной перспективе на мировом рынке будет наблюдаться превышение спроса над предложением.

Алмазы чрезвычайно редки, их концентрация в нефтематеринских породах достигает миллиардных долей. До 20 века большинство алмазов находили в аллювиальных отложениях. Неупакованные алмазы также встречаются вдоль существующих и древних береговых линий, где они имеют тенденцию к накоплению из-за своего размера и плотности. Редко их находили в ледниковом тилле (особенно в Висконсине и Индиане), но эти отложения не промышленного качества. Эти типы отложений образовались в результате локализованных вулканических вторжений в результате выветривания и переноса ветром или водой. Большинство алмазов происходит из мантии Земли, и большая часть этого раздела посвящена именно этим алмазам. Однако есть и другие источники. Некоторые блоки земной коры или террейны были погребены достаточно глубоко, поскольку кора утолщалась, поэтому они испытали метаморфизм сверхвысокого давления. В них равномерно распределены микроалмазы, которые не демонстрируют никаких признаков переноса магмы. Кроме того, когда метеориты ударяются о землю, ударная волна может создавать достаточно высокие температуры и давления для образования микроалмазов и наноалмазов. Микроалмазы ударного типа можно использовать как индикатор древних ударных кратеров. Кратер Попигай в России может иметь крупнейшее в мире месторождение алмазов, оцениваемое в триллионы каратов и образовавшееся в результате удара астероида. Распространенное заблуждение состоит в том, что алмазы образуются из сильно сжатого угля. Уголь образуется из погребенных доисторических растений, и большинство алмазов, которые были датированы, намного старше первых наземных растений. Возможно, что алмазы могут образовываться из угля в зонах субдукции, но алмазы, образующиеся таким образом, встречаются редко, и источником углерода, скорее всего, являются карбонатные породы и органический углерод в отложениях, а не уголь.

Алмаз считается одним из самых сильных камней. Говорят, что он предлагает доступ к Божественной энергии, камень часто используется для привлечения любви, уважения и эмоционального роста, очищая ауру от негатива. Его часто носят на чакре третьего глаза, чтобы улучшить ясность ума и обеспечить физическое тело целительной энергией.