Перспектива определения происхождения алмазов
Можно ли провести анализ алмаза или бриллианта и определить, где он был добыт? Было бы идеально, если бы с помощью быстрого и неразрушающего исследования можно было бы выявить географическое происхождение любого алмаза или бриллианта. В принципе это осуществимо для некоторых драгоценных камней, но для алмазной продукции эта перспектива значительно сложнее. Ниже приводится краткий обзор, основанный на недавней статье «Методы и трудности установления географического происхождения алмазов» (Methods and Challenges of Establishing the Geographic Origin of Diamonds), опубликованной в журнале Gems & Gemology осенью 2022 года, в которой подробно рассматривается этот вопрос.
Есть основания ожидать, что драгоценные камни, образовавшиеся в разных местах, должны иметь некоторые различия. К ним могут относиться различные типы включений, структура роста, особенности спектроскопии или вариации в химическом составе микроэлементов (небольшие количества примесей, подобных «химическим характерным признакам»). Микроэлементный анализ может быть важным инструментом для определения происхождения драгоценных камней, таких как рубины или сапфиры2. Концентрации многих микроэлементов в драгоценных камнях, например, в рубинах, сапфирах и изумрудах, превышают одну часть на миллион (ppm) по весу, часто достигая десятков и сотен частей на миллион. Мы можем представить концентрацию 1 ppm как каплю в ведре. Это может показаться не так уж много, но концентрацию в этом диапазоне можно без труда измерить с помощью современных методов, используемых в лабораториях по всему миру, занимающихся драгоценными камнями. Наиболее часто используются два метода: масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой с лазерной абляцией (laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry, LA-ICP-MS) и лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия (laser induced breakdown spectroscopy, LIBS).
Однако в алмазах концентрации большинства микроэлементов намного ниже, и, следовательно, их труднее измерить. Основной причиной такой относительной чистоты является то, что алмаз состоит из плотно упакованных и прочно связанных атомов углерода, которые имеют тенденцию исключать другие элементы по мере роста кристалла. Концентрации микроэлементов могут находиться в диапазоне частей на миллиард (одна капля в наземном бассейне) или частей на триллион (капля в 20 бассейнах олимпийского размера).
С помощью более специализированных методов можно измерить сверхнизкие концентрации микроэлементов в алмазе. Наиболее многообещающим методом является модифицированная «автономная» версия3 LA-ICP-MS. Однако этот метод является медленным, дорогим и опасным: один анализ занимает несколько дней, стоит тысячи долларов и иногда требуется разрушение миллиметров поверхности алмаза. Обычные анализы LIBS и LA-ICP-MS занимают от нескольких секунд до минут, стоимость составляет от нескольких долларов до нескольких центов, а образцы настолько малы, что едва видны невооруженным глазом. Из-за этих ограничений на сегодняшний день было проведено менее 100 высококачественных анализов микроэлементов драгоценных камней. Результаты сложные, но демонстрируют поразительное сходство и частичное совпадение между алмазами, полученными на разных месторождениях4. Это не является обнадеживающим признаком для перспективы определения происхождения.
Аналитическая задача измерения микроэлементов в алмазе, безусловно, является серьезным препятствием на пути к определению происхождения алмаза, но это не последнее препятствие. Даже если будущие технологические усовершенствования упростят и удешевят проведение анализа, способ формирования алмазов в земле также представляет собой проблему. Геологические процессы и ингредиенты, участвующие в формировании алмазов, удивительно похожи во всем мире. Конечно, есть необычные и исключительные алмазы, которые, кажется, связаны с отдельными месторождениями. Более того, если дать возможность рассмотреть и сравнить крупные партии, полученные на разных месторождениях, их усредненные свойства могут отличаться. Но в отдельности и в целом большинство алмазов имеют схожие геологические характеристики независимо от происхождения.
Большинство природных алмазов изначально формировались на глубине 150-200 км под поверхностью Земли, в самых древних и мощных частях континентов, в мантийных породах, называемых перидотитами и эклогитами5-7. Кусочки этих мантийных пород иногда захватываются внутри алмазов по мере их роста. Мы сталкиваемся с одними и теми же типами минеральных включений на большинстве месторождений алмазов по всему миру, что отражает схожий рост алмазов в перидотитовых и эклогитовых породах. Учитывая то, что известно о возможной схожести геологии алмазов, добываемых на разных месторождениях, геологов также не удивляет наблюдаемое сходство и совпадение в химическом составе микроэлементов.
Хотя земная мантия во всем мире имеет большое сходство, горные породы, расположенные близко к земной поверхности, в континентальной коре, демонстрируют огромные различия. Цветные драгоценные камни, такие как рубины и изумруды, образуются в земной коре в более изменчивых геологических условиях. Больше шансов, что между разными месторождениями условия образования цветных драгоценных камней будут иметь четкие и систематические различия. Если добавить тот факт, что эти минералы, как правило, могут содержать гораздо более высокие концентрации микроэлементов, чем алмазы, получается, что цветные драгоценные камни с большей вероятностью (хотя и не гарантированно) наследуют микроэлементы, включения и другие характеристики, имеющие географические различия.
Укажем кратко три основных требования, которые должны быть выполнены для того, чтобы сделать возможным определение географического происхождения:
- Во-первых, нам нужно иметь характеристики, которые различны для разных происхождений. Анализ микроэлементов считается наиболее перспективным для алмазов, но имеющиеся данные свидетельствуют о том, что это первое требование может не выполняться. В конечном счете, трудно сделать вывод о том, может ли быть выполнено это требование без предварительного сбора многих тысяч данных исследований алмазов известного происхождения и применения передовых статистических методов.
- Во-вторых, как упоминалось выше, необходимо иметь большую базу данных характеристик для сравнения как для демонстрации выполнения первого требования, так и для использования в качестве основы для оценки неизвестных образцов. В настоящее время для измерения сверхнизких концентраций микроэлементов в алмазе требуются специальные аналитические методы, которые являются слишком медленными, дорогими и разрушительными, чтобы позволить исследователям без труда создать большую базу данных. Сбор репрезентативной коллекции алмазов, получаемых на каждом месторождении, является еще одним препятствием, так как, вероятно, потребуется включить тысячи образцов с каждого месторождения, чтобы точно отразить естественную изменчивость.
- В-третьих, должна быть возможность регулярного и коммерческого измерения этих отличительных характеристик, чтобы это стало жизнеспособной услугой, предлагаемой геммологическими лабораториями. Даже если бы анализ микроэлементов отвечал первым двум требованиям и давал бы технические возможности для определения происхождения, современные высокотехнологичные методы проведения таких измерений не могли бы предлагаться в качестве рутинной услуги.
Для удовлетворения этих трех требований, изложенных выше, потребуется сочетание технологических инноваций и сбор значительных данных без гарантии успеха. Это будет масштабной исследовательской работой, для проведения которой немногие организации или группы обладают достаточным опытом и ресурсами, особенно если учесть, что определение происхождения алмазов может быть ограничено геологическими факторами.
Таким образом, не было проведено ни одного научно обоснованного исследования с использованием какого-либо метода, демонстрирующего уникальные и поддающиеся определению характеристики, которые позволили бы провести независимое определение происхождения какого-то отдельного алмаза или бриллианта1,7-9. К сожалению, идеальная цель самостоятельного определения происхождения с помощью лабораторного анализа не достижима в ближайшем будущем. На данный момент и в обозримом будущем единственный оптимальный метод установления происхождения алмазов или бриллиантов зависит от сохранения информации о стране происхождения и/или о месторождении происхождения с момента добычи.
Источник: Rough and Polished
