geologyИзвестия высших учебных заведений. Геология и разведкаProceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration0016-77622618-8708Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting10.32454/0016-7762-2018-4-23-29geology-308Research ArticleМИНЕРАЛОГИЯ, ПЕТРОГРАФИЯ, ЛИТОЛОГИЯMINERALOGY, PETROGRAPHY, LITHOLOGYМОРФОЛОГИЯ АЛМАЗОВ, РАСТВОРЁННЫХ В РАСПЛАВЕ Fe-S ПРИ РАЗНОМ СОДЕРЖАНИИ СЕРЫMORPHOLOGY OF DIAMONDS DISSOLVED IN THE Fe-S MELT AT DIFFERENT SULFUR CONTENTSСОНИНВ. М.SONINV. M.

3, проспект Академика Коптюга, г. Новосибирск 630090, Россия

3, Prospekt Akademika Koptyuga, Novosibirsk 630090, Russia

sonin@igm.nsc.ruГРЯЗНОВИ. А.GRYAZNOVI. A.

1, Пирогова ул., г. Новосибирск 630090, Россия

1, Pirogova street, Novosibirsk 630090, Russia

gryaznov_9@mail.ruЖИМУЛЕВЕ. И.ZHIMULEVE. I.

3, проспект Академика Коптюга, г. Новосибирск 630090, Россия

3, Prospekt Akademika Koptyuga, Novosibirsk 630090, Russia

ЧЕПУРОВА. И.CHEPUROVA. I.

3, проспект Академика Коптюга, г. Новосибирск 630090, Россия

3, Prospekt Akademika Koptyuga, Novosibirsk 630090, Russia

Институт геологии и минералогии СО РАНРоссияV.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch, Russian Academy of SciencesRussian FederationНовосибирский государственный университетРоссияNovosibirsk State UniversityRussian Federation201828082018042329Copyright © СОНИН В.М., ГРЯЗНОВ И.А., ЖИМУЛЕВ Е.И., ЧЕПУРОВ А.И., 20182018СОНИН В.М., ГРЯЗНОВ И.А., ЖИМУЛЕВ Е.И., ЧЕПУРОВ А.И.SONIN V.M., GRYAZNOV I.A., ZHIMULEV E.I., CHEPUROV A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.geology-mgri.ru/jour/article/view/308

Проведено экспериментальное исследование процесса растворения алмазов в серосодержащем расплаве железа с разным содержанием серы (10, 15, 20, 25, 30 мас. %)  при 3,5 ГПа и 1400°С. Полученные результаты свидетельствуют, что при реализованных условиях  плоскогранные кристаллы алмаза октаэдрического габитуса преобразуются в кривогранную  форму октаэдроида с морфологическими характеристиками, подобными природным алмазам из  кимберлитов. Сделан вывод, что металл-сульфидные расплавы, учитывая их относительно низкие температуры плавления, могли влиять на сохранность алмазов в мантии.  Присутствие серы уменьшает растворимость углерода и при составах расплава Fe-S, близких к  эвтектическому (25 и 30 мас. %), она стремится к нулю, т. е. присутствие серы благоприятно сказывается на устойчивости алмазов.

An experimental study of the process of the dissolution of diamonds in a sulfur-containing iron melt with different contents of sulfur (10,  15, 20, 25, 30 wt. %) at 3,5 GPa and 1400°C has been carried out.  The obtained results indicate that under the realized conditions, the  plane-faced diamond crystals of octahedral habit are transformed  into a curved octahedroid shape with morphological characteristics similar to  natural diamonds from kimberlites. It has been concluded that metal- sulphide melts, given their relatively low melting points, could affect the  safety of diamonds in the mantle. The presence of sulfur reduces  the solubility of carbon and tends to zero in the Fe-S melt compositions  close to eutectic (25 and 30 wt. %). That is, the presence of sulfur has a favorable effect on the stability of diamonds.

алмазморфологиявысокое давлениеметалл-сульфидный расплаврастворение кристаллов.diamondsmorphologyhigh pressuremetal-sulphide meltdissolution of crystalsReferencesАфанасьев В.П., Ефимова Э.С., Зинчук Н.Н., Коптиль В.И. Атлас морфологии алмазов России. Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 2000. 298 с.Afanasiev V.P., Efimova E.S., Zinchuk N.N., Koptil V.I. Atlas of morphology of Russian diamonds. Novosibirsk, SB RAS, OIGGM Publ., 2000, 298 p. (In Russia).Бартошинский З.В., Квасница В.Н. Кристалломорфология алмаза из кимберлитов. Киев: Наук. думка, 1991. 172 с.Bartoshinskii Z.V., Kvasnitsa V.N. Crystalomorphology of kimberlite diamond. Kiev, Nauk. Dumka Publ., 1991, 172 p. (In Russian).Беск ров ан ов В.В. Онтогения алмаза. Новосибирск: Наука, 2000. 264 с.Bescrovanov V.V. Diamond ontogeny. Novosibirsk, Nauka Publ., 2000, 264 p. (In Russian).Богатиков О.А., Гаранин В.К., Кононова В.А., Кудрявцева Г.П., Васильева Е.Р., Вержак В.В., Веричев Е.М., Парсаданян К.С., Посухова Т.В. Архангельская алмазоносная провинция (геология, петрография, геохимия и минералогия). М.: Изд-во МГУ, 1999. 360 с.Bogatikov O.A., Garanin V.K., Kononova V.A., Kudr’yavtseva G.P., Vasil’eva E.P., Verzhak V.V., Verichev E.M., Parsadanyan K.S., Posukhova T.V. Arkhangelsk Diamond Province (geology, petrography, geochemistry and mineralogy). Moscow, MGU Publ., 1999, 360 p. (In Russian).Варшавский А.В. Аномальное двупреломление и внутренняя морфология алмаза. М.: Наука, 1968. 92 с.Varshavskii A.V. Anomalous birefringence and internal morphology of diamond. Moscow, Nauka Publ., 1968, 92 p. (In Russian).Геншафт Ю.С., Якубова С.А., Волкова Л.М. Внутренняя морфология природных алмазов // Исследования глубинных минералов. М.: ИФЗ АН СССР, 1977. С. 5–31.Genshaft Yu.S., Yakubova S.A., Volkova L.M. Internal morphology of natural diamonds, Studies of deep minerals. Moscow, Akad. Nauk USSR Publ., 1977, pp. 5–31. (In Russian).Жимулев Е.И., Сонин В.М., Чепуров А.И. Образование кристаллов алмаза с выступающими гранями при травлении // Записки PМО. 2002. Т. 131. № 1. С. 111–113.Zhimulev E.I., Sonin V.M., Chepurov A.I. Formation of diamond crystals with faces protruding due to etching. Proceedings RMS, 2002, vol. 131, no. 1, pp. 111–113. (In Russian).Жимулев Е.И., Сонин В.М., Афанасьев В.П., Чепуров А.И., Похиленко Н.П. Расплав Fe-S — возможный растворитель алмаза при мантийных условиях // Доклады РАН. 2016. Т. 471. № 5. С. 583–585. DOI: 10.7868/ S0869565216350243Zhimulev E.I., Sonin V.M., Afanasiev V.P., Chepurov A.I., Pokhilenko N.P. Fe-S melt as a likely solvent of diamond under mantle conditions. Dokl. Earth Sci., 2016, vol. 471, no. 2, pp. 1277–1279. DOI: 10.1134/S1028334X16120163. (In Russian).Жимулев Е.И., Сонин В.М., Миронов А.М., Чепуров А.И. Влияние содержания серы на кристаллизацию алмаза в системе Fe-C-S при 5,3—5,5 ГПа и 1300-1370°С // Геохимия. 2016. № 5. С. 439–446. DOI: 10.7868/S0016752516050113Zhimulev E.I., Sonin V.M., Mironov A.M., Chepurov A.I. Effect of sulfur concentration on diamond crystallization in the Fe-C-S system at 5,3—5,5 GPa and 1300—1370°C. Geochem. Int., 2016, vol. 54, no. 5, pp. 415–422. DOI: 10.1134/S0016702916050116/ (In Russian).Жимулев Е.И., Шеин М.А., Похиленко Н.П. Кристаллизация алмаза в системе Fe-S-C // Доклады РАН. 2013. Т. 451. № 1. С. 73?75. DOI: 10.7868/S0869565213190249Zhimulev E.I., Shein M.A., Pokhilenko N.P. Diamond crystallization in the Fe-S-C system. Dokl. Earth Sci., 2013, vol. 451, no. 1, pp. 729–713. DOI: 10.1134/S1028334X1307009X. (In Russian).Зинчук Н.Н., Коптиль В.И. Типоморфизм алмазов Сибирской платформы. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. 603 с.Zinchuk N.N., Koptil V.I. Typomorphizm of diamonds of Siberian platform. Moscow, «Nedra-Biznestsentr» Publ., 2003, 603 p. (In Russian).Кухаренко А.А. Алмазы Урала. М.: Госгеолтехиздат, 1955. 515 с.Kukharenko A.A. Diamonds of the Urals. Moscow, Gosgeoltekhizdat Publ., 1955, 515 p. (In Russian).Орлов Ю.Л. Морфология алмаза. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 236 с.Orlov Yu.L. Diamond morphology. Moscow, Acad. Nauk USSR Publ., 1963, 236 p. (In Russian).Сонин В.М., Жимулев Е.И., Федоров И.И., Осоргин Н.Ю. Травление кристаллов алмаза в силикатном расплаве в присутствии существенно водного флюида при высоких Р–Т параметрах // Геохимия. 1997. № 4. С. 451–455.Sonin V.M., Zhimulev E.I., Fedorov I.I., Osorgin N.Yu. Etching of diamond crystals in silicate melt in the presence of aqueous fluid under high P-T parameters. Geochemistry. 1997, no. 4, pp. 451–455.Сонин В.М., Жимулев Е.И., Федоров И.И., Томилен к о А.А., Ч еп уров А.И. Травление кристаллов алмаза в «сухом» силикатном расплаве при высоких Р–Т параметрах // Геохимия. 2001. № 3. С. 305–312.Sonin V.M., Zhimulev E.I., Fedorov I.I., Tomilenko A.A., Chepurov A.I. Etching of diamond crystals in a dry silicate melt at high P-T parameters. Geochem. Int., 2001, vol. 39, no. 3, pp. 268–274.Сонин В.М., Жимулев Е.И., Афанасьев В.П., Чепуров А.И. Генетические аспекты морфологии алмазов // Геология рудных месторождений. 2002. Т. 44. № 4. С. 291–300.Sonin V.M., Zhimulev E.I., Afanas’ev V.P., Chepurov A.I. Genetic aspects of diamond morphology. Geol. Ore Deposits, 2002, vol. 44, no. 4, pp. 291–299.Сонин В.М., Жимулев Е.И., Чепуров А.И., Афанасьев В.П. Морфология кристаллов алмаза, протравленных в расплаве кимберлита при высоких Р–Т параметрах // Известия вузов. Геология и разведка. 2002. № 1. С. 60–69.Sonin V.M., Zhimulev E.I., Chepurov A.I., Afanas’ev V.P. Morphology of diamond crystals etched in kimberlite melt at high PT parameters. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy, Geologiya i Razvedka, [Proceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration], 2002, no. 1, pp. 60–69. (In Russian).Сонин В.М., Жимулев Е.И., Томиленко А.А. Чепуров С.А., Чепуров А.И. Хроматографическое изучение процесса травления алмазов в расплаве кимберлита в связи с их устойчивостью в природных условиях // Геология рудных месторождений. 2004. Т. 46. № 3. С. 212–221.Sonin V.M., Zhimulev E.I., Tomilenko A.A, Chepurov S.A., Chepurov A.I. Chromatographic study of diamond etching in kimberlitic melts in the context of diamond natural stability. Geol. Ore Deposits, 2004, vol. 46, no. 3, pp 182–190. (In Russian)Сонин В.М., Жимулев Е.И., Помазанский Б.С., Земнухов А.Л., Чепуров А.А., Афанасьев В.П., Ч е пуров А.И. Морфологические особенности растворения кристаллов алмаза в расплаве Fe0.7S0.3 при 4 ГПа и 1400°С // Геологиярудныхместорождений.2018.Т.60.№1.С.91–102. DOI: 10.7868/S0016777018010057.Sonin V.M., Zhimulev E.I., Pomazanskiy B.S., Zemnuhov A.L., Chepurov A.A., Afanasiev V.P., Chepurov A.I. Morphological features of diamond crystals dissolved in Fe0,7S0,3 melt 4 GPa и 1400°С. Geol. Ore Deposits, 2018, vol. 60, no. 1, pp. 82– 92. DOI: 10.1134/S1075701518010051. (In Russian)Сонин В.М., Чепуров А.И. О типоморфизме и гомоморфизме алмазов // Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2003. С. 253–255.Sonin V.M., Chepurov A.I. Typomorphizm and gomomorphizm of diamonds, The problems of forecasting, searching for and studying mineral deposits at the threshold of the 21st century. Voronezh: VGU Publ., 2003, pp. 253–255. (In Russian).Чепуров А.И., Хохряков А.Ф., Сонин В.М., Пальянов Ю.Н., Соболев Н.В. О формах растворения кристаллов алмаза в силикатных системах при высоком давлении // Доклады АН СССР. 1985. Т. 285. № 1. С. 212–216.Chepurov A.I., Khokhryakov A.F., Sonin V.M., Pal’yanov Yu.N., Sobolev N.V. The shape of diamond crystal dissolution in silicate melts under high pressure. Dokl. Acad. Nauk USSR, 1985, vol. 285, no. 1, pp. 212–216. (In Russian).Чепуров А.И., Федоров И.И., Сонин В.М. Экспериментальные исследования образования алмаза при высоких РТ-параметрах (приложение к модели природного алмазообразования) // Геология и геофизика. 1998. Т. 39. № 2. С. 234–244.Chepurov A.I., Fedorov I.I., Sonin V.M. Experimental studies of diamond formation at high PT-parameters: supplement to the model for natural diamond formation. Geol. Geofiz., 1998, vol. 39, no. 2, pp. 234–244. (In Russian).Arima M., Kozai Y. Diamond dissolution rates in kimberlitic melts at 1300-1500°C in the graphite stability field // Eur. J. Mineral. 2008. V. 20. P. 357–364. DOI: 10.1127/0935-1221/2008/0020-1820.Arima M., Kozai Y. Diamond dissolution rates in kimberlitic melts at 1300–1500°C in the graphite stability field. Eur. J. Mineral., 2008. vol. 20, pp. 357–364. DOI: 10.1127/0935-1221/2008/0020-1820/ (In Russian).Brett R., Bell P.M. Melting relations in the Fe-rich portion of the system Fe-FeS at 30 kb pressure // Earth Planet. Sci. Lett. 1969. V. 6. P. 479–482.Brett R., Bell P.M. Melting relations in the Fe-rich portion of the system Fe- FeS at 30 kb pressure. Earth Planet. Sc. Lett., 1969, vol. 6, pp. 479–482.Bulanova G.P., Griffin W.L., Ryan C.G. Nucleation environment of diamonds from Yakutian kimberlites // Mineral. Mag. 1998. V. 62. Р. 409–419.Bulanova G.P., Griffin W.L., Ryan C.G. Nucleation environment of diamonds from Yakutian kimberlites. Mineral. Mag., 1998, vol. 62, pp. 409–419.Fedortchouk Y., Canil D., Semenets E. Mechanism of diamond oxidation and their bearing on the fluid composition in kimberlitic magmas // Am. Mineral. 2007. V. 92. P. 1200– 1212.Fedortchouk Y., Canil D., Semenets E. Mechanism of diamond oxidation and their bearing on the fluid composition in kimberlitic magmas. Am. Mineral., 2007, vol. 92, pp. 1200–1212.Frost D.J., Mc Cammon C.A. The redox state of the Earth’s mantle // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2008. V. 36. P. 389–420. DOI: 10.1146/annurev.earth.36.031207.124322Frost D.J., McCammon C.A. The redox state of the Earth’s mantle. Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 2008, vol. 36, pp. 389–420. DOI: 10.1146/annurev.earth.36.031207.124322.Khokhryakov A.F., Pal’yanov Yu.N. The evolution of diamond morphology in the process of dissolution: Experimental data // Am. Mineral. 2007. V. 92. P. 909–917.Khokhryakov A.F., Pal’yanov Yu.N. The evolution of diamond morphology in the process of dissolution: Experimental data. Am. Mineral., 2007, vol. 92, pp. 909–917.K o z a i Y., A r i m a M. Experimental study on diamond dissolution in kimberlitic and lamproitic melts at 1300–1420°C and 1 GPa with controlled oxygen partial pressure // Am. Mineral. 2005. V. 90. P. 1759–1766.Kozai Y., Arima M. Experimental study on diamond dissolution in kimberlitic and lamproitic melts at 1300–1420°C and 1 GPa with controlled oxygen partial pressure. Am. Mineral., 2005, vol. 90, pp. 1759–1766.Rohrbach A., Ballhaus C., Gola - Schindler U., Ulmer P., Kamenetsky V.S., Kuzmin D.V. Metal saturation in the upper mantle // Nature. 2007. V. 449. P. 456–458. DOI: 10.1038/nature06183.Rohrbach A., Ballhaus C., Gola-Schindler U., Ulmer P., Kamenetsky V.S., Kuzmin D.V. Metal saturation in the upper mantle. Nature, 2007, vol. 449, pp. 456–458. DOI: 10.1038/nature06183.Smith E.M., Shirey S.B., Nestola F., Bullock E.S., W a ng J., Rich a r dson S.H., W a ng W. Large gem diamonds from metallic liquid in Earth’s deep mantle // Science. 2016. V. 35 (6318). P. 1403–1405. DOI: 10.1126/science.aal1303.Smith E.M., Shirey S.B., Nestola F., Bullock E.S., Wang J., Richardson S.H., Wang W. Large gem diamonds from metallic liquid in Earth’s deep mantle. Science, 2016, vol. 35, no. 6318, pp. 1403–1405. DOI: 10.1126/science.aal1303.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.