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.

Карпович Захар Алексеевич, аспирант, Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН, Россия, 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3, e-mail: zkarpovich@yandex.ru 

Жимулев Егор Игоревич, доктор геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН, Россия, 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3, e-mail: ezhimulev@igm.nsc.ru

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. https://doi.org/10.26516/2073-3402.2020.34.67

Буланова Г. П., Специус З. В., Лескова Н. В. Сульфиды в алмазах и ксенолитах из кимберлитовых трубок Якутии. Новосибирск : Наука, 1990. 120 с. 

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. 

Соболев Н. В. Глубинные включения в кимберлитах и проблема состава верхней мантии. Новосибирск : Наука, 1974. 264 с. 

Соболев Н. В. Парагенезисы алмаза и проблема глубинного минералообразования // Записки ВМО. 1983. Ч. СXII. Т. 4. С. 389–397. 

Тонков Е. Ю. Фазовые диаграммы элементов при высоком давлении. М. : Наука, 1979. 192 с. 

Чепуров А. И. О роли сульфидного расплава в процессе природного алмазообразования // Геология и геофизика. 1988. № 8. С. 119–124.

Чепуров А. И., Федоров И. И., Сонин В. М. Экспериментальное моделирование процессов алмазообразования. Новосибирск : СО РАН, 1997. 196 с. 

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. 

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. 

Boyd F. R., Finnerty A. A. Conditions of Origin of Natural Diamonds of Peridotite Affinity // J. Geophys. Res. 1980. Vol. 85. P. 6911–6918. 

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 

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 

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 

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 

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 

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.2006.2009

Haggerty S.E . A diamond trilogy: superplumes, supercontinents and supernovae // Science. 1999. Vol. 285. P. 851–860. 

Harris J. W. Diamond geology // The properties of natural and synthetic diamond / ed. by Field J. E. L. : Academ. Press, 1992. P. 345–393. 

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 

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 

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

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. 

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 

Meyer H. O. A. Inclusions in diamond // Mantle xenoliths. New York : John Wiley&Sons, 1987. P. 501–533. 

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/10.1016/j.gca.2012.12.024

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. 

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 

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 

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. 

Sharp W. E. Pyrrhotite: a common inclusion in the South African diamonds // Nature. 1966. Vol. 211, N 5047. P. 402–403. 

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

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

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

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. 

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.

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.

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 mid- to deep-upper mantle // Earth and Planet.Sci.lett. 2015. Vol. 412. P. 132–142. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2014.12.018

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. 

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 

Wentorf R. H. Diamond formation at high pressures // Advance in High-Pressure Research. 1974. N 4. P. 249–281. 

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