MARILE ENIGME

ALE MICULUI CRISTAL

O picatura de carbon

Intrebarea: Cum s-au format diamantele, aceste cristale remarcabile prin duritate si stralucire? A preocupat inca din antichitate atat pe invatati, cat si pe oamenii curiosi, dornici de cunostinte. Dar raspunsurile, nastrusnice si lipsite de cel mai elementar temei stiintific, n-au lamurit taina nasterii acestor minunate pietre. De pilda, unii credeau ca diamantele transparente si stralucitoare sunt . lacrimile solidificate ale zeitattilor, iar altii ca ar fi . sufletele pietrificate ale oamenilor buni! Ciudate pareri! Ele nu trebuie sa ne mire insa, pentru ca reflecta stadiul cunostintelor din epocile acelea indepartate.

La inceputul erei noastrre, naturalistul roman Pliniul cel Batran, a descris destul de amanuntit diamantul in a sa "Istorie nturala". El sustine totusi ca acest giuvaer se naste in aur si impreuna cu aurul.

Timp de secole, competenta lui Pliniul cel Batran nu a fost pusa la indoiala.

In evul mediu nu s-au obtinut date noi despre diamante, in schimb s-au inmultit nascocirile preluate cu persistenta de autori in diversele tratate de medicina si mai ales in lapidarii - cartile de specialitate despre pietre. Iata un fragment dintr-o astfel de carte, scrisa in secolul al XVI-lea: "Diamantele cresc impreuna, unul mic si unul mare. Ele cresc impreuna, de genul feminin si de genul masculin, fara nici o ointerventie a omului. Se hranesc cu roua cerului si aduc pe lume copilasi, care, la randul lor cresc si se inmultesc".

Acest fragment uimeste prin abundenta de ineptii. Singura constate corespunzatoare realitatii este aceea despre " cresterea' cristalelor de diamant. Intr-adevar, cristalele mineralelor cresc din materii topite sau dizolvate, prin depunere de substanta pe fetele lor.

Pentru noi, oamenii secolului XX, raspunsul la intrebarea referitoare la procesul de formare al diamantului are semnificatii deosebite, deoarece numai lamurind in totalitae enigma ce invaluie nasterea lui vom putea stabilii unde poate fi gasit, cu ce roci se asociaza, cum poate fi obtinut economic, pe cale sintetica. Asadar, pentru a depista originea diamantului, trebuie sa urmarin istoria carbonului in Univers, in general si , mai ales pe planeta noastra.

Din punct de vedere al compozitiei chimice, diamantul este carbon pur. Acesta se gaseste pe Pamant intr-o cantitate mica fata de alte elemente, de circa 0,14 %. Cu toate acestea, carbonul face parte din principalele componente chimice ale Terrei. E destul sa amintim ca fara el n-ar fi putut exista viata.

Carbonul este foarte raspandit in Cosmos. A fost dovedita prezenta lui pe toate corpurile ceresti cercetate. Prin 1888 a facut senzatie descoperirea unor meteoriti care cuprindeau carbon sub forma de diamant, dar mai ales sub forma de carbune si de grafit. Nici Soarele nu face exceptie. Studiile spectroscopice indica prezenta carbonului in atmosfera solara sub forma de vapori (temperatura fiind acolo de circa 6000 C) si in combinatii cu hidrogenul si cu azotul.

Explicand intr-un fel sau altul formarea planetelor sistemului solar, toate ipotezele cunoscute azi admit ca ele au luat nastere din materie existenta in aceasta parte a Universului. Printre elementele materiei din care s-au format planetele, se gasea si carbonul. In cazul Terrei, carbonul trebuie sa fi contribuit, in cea mai mare parte, la compozitia nucleului central. Aici, el intra in combinatii chimice cu fierul si cu alte metale grele, formand carburi. Pe langa acestea , este de presupus ca atomii de carbon se combinau si intre ei, alcatuind cristale de carbon pur, poate chiar diamanteAsadar, cea mai mare parte a carbonului este concentrata, probabil, in maruntaiele Terrei.

Cele mai pretioase "pipe" din lume

Pietricelele stralucitoare si dure, descoperite in India, Africa si Brazilia pana prin a doua jumatate a secolului al XIX-lea, proveneau din asa numitele zacaminte aluvionare. Cristalele erau aici dispersate printre rocile de dezagregare: nisipuri si diferite depuneri aduse de apa. Dupa configuratia acestor zacaminte, nimeni nu-si putea face o idee asupra originii diamantelor.

Iata insa ca in 1870 s-au descoperit diamante si in Africa de Sud, pe platoul dintre Vaal si Modder, la 40 de km sud-est de Pniel, intr-o altfel de roca decat obisnuitul nisip si prundis de rau. Cautatorii au intalnit aici o roca cu aspect lutos, de culoare galbena pana la bruna, asa numitul "yellow ground" (pamant galben), care continea diamante. Ea se continua in jos cu o roca compacta, albastra negriciosa, careia I-au zis "blue ground" (pamant albastru). Spre mirarea cercetatorilor, si aceasta roca contine diamante. Studierea geologica a noului zacamant a aratat ca "pamantul galben" nu este altceva decat roca dezagregata a stratului solid de dedesubt.

Asa s-a ajuns la decoperirea zacamintelor primare sau magmatice. Acestea s-au format cu sute de milioane de ani in urma, ca rezultat al activitatii vulcanice din acea vreme, prin umplerea unor cosuri de eruptie.

Candva, craterul african se afla cu vreo 1000 de metri mai sus decat nivelul actual al suprafetei solului. Dintele vremii a ros insa muntele, facandu-l sa dispara, incat azi exploatarea se executa in adancul cosului vulcanic. Umplutura este un tuf alcatuit din bucatele de roca si minereu de diverse origini. Gasim fragmente de sisturi, gresii si cuartite, impreuna cu o roca eruptiva albastra, venita e jos, din adancul Pamantului.

Cosurile vulcanice sunt imense cavitati verticale, adanci de cativa km, cu diametrul de zeci si, uneori, chiar de sute de metri; ele sunt umplute cu franturi de diferite roci faramitate de forta exploziei si cimentate apoi cu magma solidificata, formand asa-zisele diatreme adica palnii sau pipe diamantifere ("pipe" - in engleza, teava, tub). Deoarece au fost descoperite prima data in apropierea orasului african Kimberley, pipele au fost denumite kimberlite, iar roca vulcanica de o culoare albastra specifica cu care sunt umplute, kimberlit.

Pipele poarta in ele roca diamantifera, kimberlitul, singurul minereu din lume care contine diamante; ele sunt, insa, atata de dispersate, incat intr-o tona de kimberlit abia se gasesc cateva zecimi de gram.

In decursul milioanelor de ani structura scoatei s-a modificat necontenit, gurile pipelor acoperindu-se cu pamant, cu mlastini ori cu vegetatie. Ploile, torentii de munte si raurile au spalat partea superioara a pipelor, apa ducand cu ea, uneori la distante foarte mari de sute de km, roca cu diamante. Acestea, datorita exceptionalei lor rezistente fizice si chimice, n-au suferit de pe urma actiunii agentilor atmosferici, ci s-au acumulat in nisipurile depuse pe malul apelor curgatoare sau al marilor. Asa au aparut aluviunile diamantifere din India, Africa si din alte parti ale lumii.

Studiind zacamintele diamantifere primare, geologii au ajuns la concluzia ca fenomenul de cristalizare a diamantului s-a produs in adancurile Pamantului, in magma topita a fost expulzat prin cavitatile tubulare abia formate.

Multa vreme, zacamintele primare au fost cunoscute doar in Africa de Sud, in regiunea orasului Kimberley. De aceea s-a crezut ca numai in tarile meridionale, cu clima torida, se pot gasi zacaminte de pietre scumpe. Frumusetea si stralucirea lor parea incompatibila cu asprimea naturii nordice si se datora, dupa unii cercetatori, efectului razelor solare.

Cu mult inaintea de descoperirea zacamintelor primare din Africa, invatatul rus M. V. Lomonosov combatea aceasta conceptie scriind: "Imi imaginez vremurile cand in nord traiau elefanti si cresteau plante caracteristice tinuturlor sudului . Nu incape indoiala ca acolo s-au putut forma diamante, rubine, safire si alte pietre pretioase si e posibil ca acestea sa fie gasite intr-o zi, asa cum s-au descoperit de curand zacamintele de argint si aur, necunoscute de stramosii nostrii ."

Previziunea imparatului rus s-a adeverit : in 1954 a fost prospectata in aspra Iakutie prima pipa Kimberlitica dupa ea au urmat altele, confirmand pe deplin spusele lui Lomonosov.

Anatomia unei pipe

Privite in sectiune transversala, pipele au o forma circulara sau eliptica, cu diametrul variind intre 20 si 850 metri (in majoritatea cazurilor 30-100 metri). Sunt umplute cu kimberlit - roca eruptiva densa, tufuida din familia rocilor ultrabazice, adica sarace in SiO₂ si bogate in combinatii ale Fe si Mg. In kimberlit se afla si fragmente de alte roci, cimentate intre ele si formand asa - numita brecie (roca constituita din fragmente colturoase ale uneia sau ale mai multor roci cimentate intre ele).

Principala parte componenta a Kimberlitului este olivinul, mineral tipic pentru rocile bazice din adancuri. Culoarea lui - de la verzui pana la verde negricios - este caracteristica pentru toata roca. In afara de olivin (circa 60%), kimberlitul mai contine si alte minerale: granatul rosu sau piropul, piroxenul verde sau diopsidul, mica brun - galbiue sau flogopitul, calcilul si altele. O parte din ele s-au format in adancuri, din magma, altele - ca de pilta calcitul - prin dezagregarea unor minerale primare. In prezenta solutiilor carbonatate, olivinul se transforma in serpentin - silicat hidratat de magneziu si partial de fier.

Asadar, olivinul, care constituie partea principala a kimberlitului ,este, de obicei, intr-o masura mai mare sau mai mica serpentinizat, adica transformat in serpentin. La mari adancimi, kimberlitul se afla sub forma de roca dura. In straturile moi de la suprafata, el trece - cum am vazut - in asa-numitul "pamant albastru" - o masa cenusiu- albastra, verde-albastra sau negru albastruie de kimberlit degradat. Si mai sus, "pamantul albastru" este inlocuit cu "pamantul galben" - un produs de dezagregare totala a kimberlitului in urma proceselor fizico chimice.

Cristalele de diamant se gasesc in kimberlit mai ales sub forma de octaedri complet fatetati sau de dodecaedri rotunjiti. Dimensiunile lor variaza de la graunte microscopice pana la cristale de 8-10 cm in diametru. Cel mai mare diamant din lume - Cullinan - cantarea 3106 karate (e unitatea de masura a greutatii pietrelor pretioase, egala cu 0.2 g. Denumirea vine de la grecescul "Keratios", adica roscova, deoarece , probabil, prima unitate de greutate pentru cantarirea nestematelor a fost samburele de roscova), dar el nu reprezenta decat un fragment dintr-un mare octaedru. In rocile kimberlitice africane, continutul de diamante reprezinta 0.00004 - 0.00009 % din intreaga masa a acestei roci.

Studierea zacamintelor diamantifere primare a elucidat, oarecum, originea acestui mineral uimitor. Dar au aparut si o serie de probleme discutabile, care dau inca de furca geologilor. Fapt este ca originea diamantului nu a fost nici pana azi complet lamurita; in multe privinte, asupra ei continua sa planeze enigma.

La ora actuala, majoritatea oamenilor de stiinta sustin ca hornurile kimberlitice s-au format in urma exploziilor provocate de ridicarea din adancuri a magmei bogate in gaze si aburi. O atesta in primul rand forma lor cilindrica sau, mai precis, forma de palnie cu partea larga in sus. Probabil ca magma a urcat mai intai prin fisurile rocilor, le-a umplut, iar dupa aceea, la o anumita adancime, s-a produs o explozie. Exista si anumite ipoteze asupra originii pipelor. Dar teoria exploziei este cea mai plauzibile.

Dezacord in lumea stiintei

Referitor la originea diamantelor din rocile kimberlitice, exista in prezent mai multe ipoteze.

Una dintre ele presupune ca diamantele s-au format, prin cristalizare, chiar din magma kimberlitica. V. S. Sobolev, unul dintre cei mari experti in zacaminte diamantifere, s-a pronuntata in favoarea ipotezei ca diamantele au aparut in kimberlit, in zonele de adancime. Potrivit conceptiei sale, ele au cristalizat chiar in magma kimberlitica, intr-o etapa timpurie a dezvoltarii acesteia, carbonul respectiv provenind din bioxidul de carbon existent totdeauna in magma. Dupa parerea omului de stiinta sovietic, cristalizarea s-a format inaintea exploziei care a produs diatrema. Teoria aceasta ii permite sa traga o concluze de o importanta deosebita. El spune: "Ideea formarii diamantelor inainte de explozie - si deci imposibilitatea reducerii sistemamatice a continutului de diamnate in hornul kimberlitic o data cu cresterea adancimii - este atat de certa, incat o putem recomanda cu toata convingerea pentru evaluarea de perspectiva a zacamintelor diamantifere primare".

Totusi, mai exista si alte puncte de vedere. Unii cercetatori considera ca diamantele s-au format in urma interactiunii dintre magma kimberlitica si gazele naturale, titeiul si alte hidrocarburi, aflate in rocile sedimentare invecinate, care au furnizat carbonul. De aceea, dupa parerea lor, diamantele s-au cristalizat in zone mai apropiate de suprafata, ca urmare a numeroaselor si repetatelor explozii. Astfel, in magma kimbelitica imbogatita cu carbon, datorita exploziilor se produce un intens proces de formare si de crestere a cristalelor de diamant.

In literatura moderna - privitor la originea diamantelor - sunt formulate si conceptii cu totul diferite de cele de mai sus. Una dintre ele presupune ca diamantele au luat nastere in procesul de formare a rocilor kimberlitice chiar in horn, in conditii de temperatura relativ scazuta a magmei in curs de racire.

Importante, din punct de vedere genetic, sunt si numeroasele minerale insotitoare, care au aparut din adancuri odata cu diamantul si se gasesc in umplutura pipelor. De aici ar rezulta ca diamantele au cristalizat la adancimi mari, poate chiar la 80 de km, intr-o magma saraca in acid silicic, la temperaturi de 1100 - 1300 C si la foarte mare presiune.

Profesorul Neuhaus, intr-o lucrare recenta, intitulata Geneza naturala si sinteza artificiala a diamantelor si aspectul lor geochimic, lanseaza o noua ipoteza a formarii diamantelor. El porneste de la mineralele care insotesc diamantul in kimberlit, mai ales de la bulgarii de diopsid si granat, si de la cei de olivin. Despre ultimii se stie ca s-au format la o adancime nu prea mare, intr-o topitura saraca in acid silicic. Abia la ridicarea magmei in regiunile mai inalte ale scoartei, si anume in analele de strapungere, s-a ajuns la formarea acestor bulgari. Dupa bulgarii de diopsid si granat se poate presupune ceva asemanator. Autorul opineaza pentru un transport rapid, exploziv, dintr-un bazin colector aflat la o adancime de 25 de km, format in canalul de urcare ca o treapta intermediara. Aici s-ar fi format, dupa parerea lui Neuhaus, diamantele.

Dupa cum se vede, problema n-a fost nici pana azi elucidata. Studiul solului selenar, cercetarea rocilor luate de pe astrul noptii ar putea produce lumina in interesanta si controversata origine a diamantului. De altfel, nu este de mirare ca aceasta intrebare terestra sa-si gaseasca raspunsul pe Luna, deoarece acolo cercetatorii pot studia " la fata locului" roci formate in urma cu 4,5 miliarde de ani.