Инд. авторы:	Карпович З.А., Жимулев Е.И
Заглавие:	Экспериментальное моделирование процессов алмазообразования в системе fe-c-s при высоких р-т-параметрах
Библ. ссылка:	Карпович З.А., Жимулев Е.И Экспериментальное моделирование процессов алмазообразования в системе fe-c-s при высоких р-т-параметрах // Известия Иркутского государственного университета. Серия: Науки о Земле. - 2020. - Т.34. - С.67-81. - ISSN 2073-3402.
Внешние системы:	DOI: 10.26516/2073-3402.2020.34.67; РИНЦ: 44304088;
Реферат:	rus: Ключевым вопросом в генезисе алмаза является установление состава первичного маточного расплава, где зарождался и рос алмаз. О среде кристаллизации алмазов можно судить по захваченным при росте алмаза минеральным включениям. Именно опираясь на данные о включениях сульфидов в природных алмазах, сформулирована гипотеза, предлагающая в роли среды кристаллизации металл-сульфидный расплав. Настоящее исследование посвящено изучению модельной ростовой среды алмаза в системе Fe-C-S с содержанием серы 3 мас. % по отношению к железу. Эксперименты продолжительностью 0,5 ч при давлении 6 ГПа и температуре 1450 оС были проведены на аппарате высокого давления типа «разрезная сфера». В результате эксперимента исходный графит полностью перешел в алмаз. При анализе состава ростовой среды (металл-сульфидного спека) были зафиксированы следующие фазы: твердый раствор углерода в железе, сульфид железа, карбид железа. Сульфид железа представлен пирротином. Таким образом, фазы, установленные в твердых продуктах опытов, аналогичны фазам, выделенным из включений природных алмазов. Предложенные в данном исследовании новые методические приемы позволят совершенствовать не только технологию синтеза и роста алмаза, но и методологию проведения высокобарических и высокотемпературных экспериментов в целом. eng: The problem of diamond formation, despite the huge amount of accumulated information, has not been finally resolved. Currently, the most well-established hypothesis is that the diamond will be formed as a result of metasomatosis. According to this theory, the source of carbon were fluids of C-H-O-N-S composition. There are still questions concerning the environment for diamond crystallization. One of the most common inclusions in diamonds from kimberlite tubes are sulfides. They are also represented in diamondiferous xenoliths of peridotite and eclogite from diamondiferous tubes, but their quantity in diamonds is still higher in comparison with xenoliths. Modern scientific researches allow to assert that large diamonds, such as Kullinan (3106 carats), Koh-i-Noor, etc., were formed at great depths of about 360-750 km. Inclusions in these diamonds are, along with silicate minerals, iron-nickel alloy, ironnickel carbide and sulfide (pyrrhotite). The present study is devoted to studying the model growth environment of a diamond in the Fe-C-S system with a sulfur content of 3 wt. % in relation to iron. The experiments of 0.5 hours duration were carried out at 6 GPa and 1450 oC on a high-pressure apparatus of “cutting sphere” type. As a result, diamond synthesis was obtained. The following phases were recorded during the analysis of growth medium composition (metal-sulfide sintering): solid solution of carbon in iron, iron sulfide, iron carbide. Iron sulfide is represented by pyrrhotite. Thus, the phases established in solid products of the experiments fully correspond to the phases isolated from inclusions of natural diamonds.
Ключевые слова:	High pressures and temperatures; Diamond synthesis; iron sulfide; experiment; эксперимент; высокие давления и температуры; сульфид железа; синтез алмаза;
Издано:	2020
Физ. характеристика:	с.67-81
Цитирование:	1. Буланова Г. П., Специус З. В., Лескова Н. В. Сульфиды в алмазах и ксенолитах из кимберлитовых трубок Якутии. Новосибирск: Наука, 1990. 120 с. 2. Образование алмаза в системе (Fe,Ni)-S-C-H при высоких РТ-параметрах / А. И. Чепуров, И. И. Федоров, В. М. Сонин, Н. В. Соболев // Доклады Академии наук. 1994. Т. 336, № 2. С. 238-240. 3. Соболев Н. В. Глубинные включения в кимберлитах и проблема состава верхней мантии. Новосибирск: Наука, 1974. 264 с. 4. Соболев Н. В. Парагенезисы алмаза и проблема глубинного минералообразования // Записки ВМО. 1983. Ч. СXII. Т. 4. С. 389-397. 5. Тонков Е. Ю. Фазовые диаграммы элементов при высоком давлении. М.: Наука, 1979. 192 с. 6. Чепуров А. И. О роли сульфидного расплава в процессе природного алмазообразования // Геология и геофизика. 1988. № 8. С. 119-124. 7. Чепуров А. И., Федоров И. И., Сонин В. М. Экспериментальное моделирование процессов алмазообразования. Новосибирск: СО РАН, 1997. 196 с. 8. Чепуров А. И., Федоров И. И., Сонин В. М. Экспериментальные исследования образования алмаза при высоких РТ-параметрах // Геология и геофизика. 1998. Т. 39, № 2. С. 234-244. 9. Шушканова А. В., Литвин Ю. А. Особенности образования алмаза в сульфидных пирротин-углеродных расплавах по данным экспериментов при 6.0-7.1 ГПа: приложение к природным условиям // Геохимия. 2008. № 1. С. 37-47. 10. Boyd F. R., Finnerty A. A. Conditions of Origin of Natural Diamonds of Peridotite Affinity // J. Geophys. Res. 1980. Vol. 85. P. 6911-6918. 11. Chen B., Li J., Hauck II S. A. Non-ideal liquidus curve in the Fe-S system and Mercury's snowing core // Geophys. res. lett. 2008. Vol. 35. L07201. https://doi.org/10.1029/2008GL033311 12. Corgne A., Wood B. J., Fei Y. C- and S-rich molten alloy immiscibility and core formation of planetesimals // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2008. Vol.72. P. 2409-2416. https://doi.org/10.1016/j.gca.2008.03.001 13. Diamond Crystallization in the Fe-Co-S-C and Fe-Ni-S-C Systems and the Role of Sulfide-Metal Melts in the Genesis of Diamond / E. I. Zhimulev, A. I. Chepurov, E. F. Sinyakova, V. M. Sonin, A. A. Chepurov, and N. P. Pokhilenko // Geochemistry International. 2012. Vol. 50, N 3. P. 205-216. https://doi.org/10.1134/S0016702912030111 14. Diamonds and the Geology of Mantle Carbon / S. B. Shirey, P. Cartigny, D. J. Frost, S. Keshav, F. N. P. Nimis, D. G. Pearson, N. V., M. J. Walter // Revie. Mineral. Geochem. 2013. Vol. 75. P. 355-421. https://doi.org/10.2138/rmg.2013.75.12 15. Diamond through Time / J. J. Gurney, H. H. Helmstaedt, S. H. Richardson, S. B. Shirey // Soc. of Econ. Geolog., inc. Economic Geology. 2010. Vol. 105. P.689-712. https://doi.org/10.2113/gsecongeo.105.3.689 16. Gunn S. C., Luth R. W. Carbonate reduction by Fe-S-O melts at high pressure and high temperature //Amer. Mineral. 2006. Vol. 91. P. 1110-1116. https://doi.org/10.2138/am.2006 17. Haggerty S.E. A diamond trilogy: superplumes, supercontinents and supernovae // Science. 1999. Vol. 285. P. 851-860. 18. Harris J. W. Diamond geology // The properties of natural and synthetic diamond / ed. by Field J. E. L.: Academ. Press, 1992. P. 345-393. 19. High-pressure melting relations in Fe-C-S systems: Implications for formation, evolution, and structure of metallic cores in planetary bodies / R. Dasgupta, A. Buono, G. Whelan, D. Walker // Geochim. Cosmochim. Acta. 2009. Vol. 73. P. 6678-6691. https://doi.org/10.1016/j.gca.2009.08.001 20. Large gem diamonds from metallic liquid in Earth's deep mantle / E. M. Smith, S. B. Shirey, F. Nestola, E. S. Bullock, J. Wang, S. H. Richardson, W. Wang // Science. 2016. Vol. 354 (6318). P. 1403-1405. https://doi.org/10.1126/science.aal1303 21. Low-Nitrogen Diamond Growth in the Fe-C-S System / E. I. Zhimulev, Yu. V. Babich, Z. A. Karpovich, A. I. Chepurov, N. P. Pokhilenko // Doklady Earth Sciences. 2020. Vol. 494, Part 1. Р. 696-698. https://doi.org/10.1134/S1028334X20090226 22. Merwinite in diamond from Sao Luiz, Brazil: A new mineral of the Ca-rich mantle environment / D. A. Zedgenizov, A. Shatskiy, A. L. Ragozin, H. Kagi, V. S. Shatsky // Amer. Mineral. 2014. Vol. 99. P. 547-550. 23. Metasomatic diamond growth: A multi-isotope study (13C, 15N, 33S, 34S) of sulphide inclusions and their host diamonds from Jwaneng (Botswana) / E. Thomassot, P. Cartighy, J. W. Harris, J. P. Lorand, C. Rollion-Bard, M. Chaussidon // Earth and Planet. Sci. Lett. 2009. Vol. 282. P. 79-90. https://doi.org/10.1016/J.EPSL.2009.03.001 24. Meyer H. O. A. Inclusions in diamond // Mantle xenoliths. New York: John Wiley&Sons, 1987. P. 501-533. 25. Multiple growth events, processes and fluid sources involved in diamond genesis: A micro-analytical study of sulphide-bearing diamonds from Finsch mine, RSA / M. Palot, D. G. Pearson, R. A. Stern, T. Stachel, J. W. Harris // Geochim. Cosmochim. Acta. 2013. Vol. 106. P. 51-70. https://doi.org/10.1007/978-81-322-1170-9_18 26. On the formation of element carbon during decomposition of CaCO 3 at high P-T parameters under reducing conditions / A. I. Chepurov, V. M. Sonin, E. I. Zhimulev, A. A. Chepurov, A. A. Tomilenko // Doklady Earth Sciences. 2011. Vol. 441, Iss. 2. P. 1738-1741. 27. Peculiarities of the Composition of Volatiles of Diamonds Synthesized in the Fe-S-C System: Data on Gas Chromatography-Mass Spectrometry / A. A. Tomilenko, E. I. Zhimulev, T. A. Bul'bak, V. M. Sonin, A. I. Chepurov, N. P. Pokhilenko // Doklady Earth Sciences. 2018. Vol. 482, Iss. 1. P. 1207-1211. https://doi.org/10.1134/S1028334X18090180 28. Reducing role of sulfides and diamond formation in the Eath's mantle / Yu. N. Pal'yanov, Yu. M. Borzdov, Yu. V. Bataleva, A. G. Sokol, G. A. Pal'yanova, I. N. Kupriyanov // Earth and Planet. Sci. Lett. 2007. Vol. 260. P. 242-256. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2007.05.033 29. Re-Os isotopic composition of peridotitic sulphide inclusions in diamonds from Ellendale, Australia: Age constrains on Kimberley cratonic lithosphere / K. V. Smit, S. B. Shirey, S. H. Richardson, A. P. le Roex, J. J. Gurney // Geochim.Cosmochim. Acta. 2010. Vol. 74. P. 3292-3306. 30. Sharp W. E. Pyrrhotite: a common inclusion in the South African diamonds // Nature. 1966. Vol. 211, N 5047. P. 402-403. 31. Siderophile element partitioning between cohenite and liquid in the Fe-Ni-S-C system and implications for geochemistry of planetary cores and mantles / A. S. Buono, R. Dasgupta, C-T. A. Lee, D. Walker // Geochim. Cosmochim. Acta. 2013. Vol. 120. P. 239-250. https://doi.org/10.1016/j.gca.2013.06.024 32. Sound velocity measurements in liquid Fe-S at high pressure: Implications for Earth's and lunar cores / K. Nishida, Y. Kono, H. Terasaki, S. Takahashi, M. Ishii, Y. Shimoyama, Y. Higo, K. Funakoshi, T. Irifune, E. Ohtani // Earth and Planet. Sci. Lett. 2013. Vol. 362. P.182-186. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2012.11.042 33. Stachel T., Brey G. P., Harris J. W. Inclusions in sublithospheric diamonds: Glimpses of Deep Earh // Elements. 2005. Vol. 1. P. 73-78. https://doi.org/10.2113/gselements.1.2.73 34. Stachel T., Harris J. W. Syngenetic inclusions in diamond from the Birim field (Ghana) - a deep peridotitic profile with a history of depletion and re-enrichment // Contrib. Mineral. and Petrol. 1997. Vol. 127. P. 336-352. 35. Strong H. M., Wentorf R. H. Growth of large, high-quality diamond crystals at General Electric // Am. J. Phys. 1991. Vol. 59, N 11. P. 1005-1008. 36. Trace elements in sulfide inclusions from Yakutian diamonds / G. P. Bulanova, W. L. Griffin, C. G. Ryan, O. V. Shestakova, S. J. Barnes // Contrib. Mineral. Petrol. 1996. Vol. 124. P. 111-125. 37. Tsuno K., Dasgupta R. Fe-Ni-Cu-C-S phase relations at high pressures and temperatures - the role of sulfur in carbon storage and diamond stability at midto deep-upper mantle // Earth and Planet.Sci.lett. 2015. Vol. 412. P. 132-142. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2014.12.018 38. Tsymbulov L. B., Tsemekhman L. Sh. Solubility of carbon in sulfide melts of the system Fe-Ni-S // Rus. J. Appl.Chem. 2001. Vol. 74. Р. 925-929. 39. Volatile Compounds of Sulfur in the Fe-C-S System at 5.3 GPa and 1300 °C / E. I. Zhimulev, V. M. Sonin, T. A. Bul'bak, A. I. Chepurov, A. A. Tomilenko, N. P. Pokhilenko // Doklady Earth Sciences. 2015. Vol. 462, Part 1. P. 528-533. https://doi.org/10.1134/S1028334X15050219 40. Wentorf R. H. Diamond formation at high pressures // Advance in High-Pressure Research. 1974. N 4. P. 249-281. 41. Zhimulev E. I., Shein M. A., Pokhilenko N. P. Diamond Crystallization in the Fe-S-C System // Doklady Earth Sciences. 2013. Vol. 451, Part 1. P. 729-731. https://doi.org/10.1134/S1028334X1307009X