Физическая и минералого-генетическая классификация алмазов

Физическая классификация алмазов основана на совокупности физических характеристик, выявляемых, главным образом, по спектрам поглощения во всем оптическом диапазоне. В настоящее время предполагается, что часть физических свойств алмазов является отражением дефектов их кристаллической решетки. По представлению Г.Б. Бокия с соавторами (1986), оптически активными дефектами являются:

1) дефект А, обусловленный замещением соседних атомов углерода в решетке алмаза двумя атомами азота по типу N-N. Наличие данного дефекта не сопровождается образованием парамагнитных свойств в кристаллах;

2) дефект В 1, обусловленный азотными примесями. Также не сопровождается парамагнитным эффектом;

3) дефект С, обусловленный одиночным атомом азота, изоморфно замещающим атом углерода в решетке алмаза.

В соответствии с этим алмазы подразделяются на чистые и смешанные типы. К «чистым» относятся алмазы типов Iа, Ib, IIа, IIb.

Типы Iа и Ib – это алмазы, содержащие примеси азота, типы IIа и IIb – алмазы беспримесные. В структуру алмазов типа Iа входят непарамагнитные примеси – дефекты, а в кристаллах типа Ib, помимо упомянутых, имеет место парамагнитный азот. Алмазы типа IIа называют также безазотными (хотя небольшое количество его может и присутствовать). Алмазы типа IIb отличаются редкой для алмаза голубой окраской, высокой электропроводностью и необычной фосфоресценцией. По температурной зависимости электропроводности они являются полупроводниковыми.

Помимо этих четко очерченных типов, имеются кристаллы алмазов со смешанными свойствами. Их классифицируют как тип III, а чаще – как типы Iа + III и т.д.

Сопоставление физической классификации с минералого-генетической Ю.Л. Орлова (1973) позволяет объяснить многие свойства индивидуальных кристаллов алмаза.

Алмазы разновидности I. Самые распространенные (до 90%) в месторождениях. Основная форма – октаэдр плоскогранный, часто имеющий слоистость на ребрах. Распространены кристаллы и додекаэдрических форм, кристаллизующиеся в условиях растворения, а также двойники срастания по шпинелевому закону. Алмазы этой разновидности по большей части прозрачны, бесцветны. Реже встречаются кристаллы с оттенком. При пластической деформации или радиационном облучении приобретают дымчато-коричневый, розовато-фиолетовый цвета и пятнистый облик. Основная масса представлена смешанными типами физической классификации Iа + III. Кристаллы чистых типов Iа, IIа и IIb редки. В структуре отмечаются дефекты А, В1, δ ¹³С – от 0, 22 до -0, 99‰.

Разновидность II. Преобладающей формой кристаллов в этой разновидности являются кубы роста. Наиболее распространенная их окраска – янтарно-желтая и желто-оранжевая, иногда с зеленоватым оттенком. По физическим свойствам к этой разновидности относятся и непрозрачные, черные, с металлическим блеском алмазы. При растворении приобретают кривогранные формы. Характерной структурной особенностью кристаллов данной группы является наличие парамагнитного азотного дефекта С. По физическим свойствам они принадлежат типам: Iа+Ib, Ib+Iа, Ib. По изотопному составу углерода выделяют две группы – δ ¹³ С от -0, 7 до -0, 89‰ и δ ¹³Сот 0, 99 до 1, 68‰ (встречаются редко).

Разновидность III. Отнесены полупрозрачные и непрозрачные кристаллы кубической формы, усложненные иногда гранями других форм. Окрашены в серый, темно-серый и даже черный цвета. Бесцветные разновидности очень редки. Окраска обусловлена микроскопическими включениями и мелкими трещинами. В целом эта разновидность встречается редко. По составу азотных дефектов относятся к типу Iа физической классификации, так как содержат только дефект А. Бесцветные кубы характеризуются концентрацией дефекта А и небольшим содержанием дефектов В1 и В2.

Разновидность IV. Это так называемые оболочечные кристаллы. Они состоят из внутреннего ядра и периферической оболочки. Ядро, как правило, представлено бесцветным октаэдром, аналогичным по физическим свойствам кристаллам разновидности I, а оболочка – октаэдром, если она имеет незначительную толщину. При увеличении толщины последняя изменяет форму сама и изменяет форму ядра, придавая всему кристаллу кубический облик. При растворении граней плоскогранный кристалл превращается в округлый. Таким образом, формы этих сложных кристаллов могут изменяться от октаэдров и их двойников до кубов и округлых додекаэдров. Окраска кристаллов разности IV определяется цветом оболочек и чаще всего имеет желтый и зеленовато-желтый оттенок. Характерным свойством этой разновидности является присутствие одиночных атомов азота с парамагнитными свойствами. Изотопный состав углерода в ядре и в оболочке близок по своим показателям и соответствует мантийному источнику.

Разновидность V. Эта группа объединяет кристаллы алмазов, содержащие большое количество включений хлопьевидных образований графита, пиропа, оливина и карбонатов по их периферии. Цвет таких кристаллов изменяется от серого и темно-серого до черного, а габитус – от октаэдра до ромбододекаэдра. Внутренняя часть кристаллов разновидности V обычно бесцветна и прозрачна и по спектрам флюоресценции аналогична кристаллам Iа + III физической классификации. Они, как правило, содержат азотные дефекты А, В1, В2, и N3. Из-за большого количества включений во внешних частях кристаллов 90% их индивидов не обнаруживает эффектов флюоресценции. Изотопный состав углерода у алмазов разновидности V изменяется от кристалла к кристаллу – δ ¹³С от - 0, 4 до - 2, 42‰.

Разновидность VI (балласы). Эта разновидность алмаза встречается в основном в россыпных месторождениях (Бразилия) и очень редко в коренных (трубка Премьер). Главной особенностью балласов является радиально-лучистое строение индивидов. Установлено, что балласы представляют собой поликристаллические агрегаты, в которых отдельные кристаллиты, имеющие размеры от 10 мкм до 0, 2 мм, растут из единого центра. Границы между ними имеют пилообразную форму, обеспечивающую между ними прочную связь. В целом камни этой разновидности имеют шарообразную форму. Последние обнаруживают все переходы от полупрозрачных до черных индивидов. В спектрах балласов отмечены полосы В1, А и В2. Изотопный состав углерода изучен недостаточно детально, и величина δ ¹³С оценивается в интервале от -0, 6 до 1, 42‰.

Разновидность VII. Объединяет сростки относительно крупных (до 5, 0 мм) кристаллов полупрозрачных алмазов сероватой и желтовато-серой окраски, обусловленной множественными включениями, внутренними трещинами и каналами травления. Отдельные индивиды в сростках представлены кристаллами октаэдрической формы роста. В некоторых случаях отмечаются эффекты растворения, преобразующие октаэдрические кристаллы в додекаэдроиды. В спектрах ИК- поглощения фиксируются дефекты А, В1 и В2. По набору азотных дефектов кристаллы данной разновидности аналогичны алмазам разновидности I. Большая часть алмазов разновидности VII люминесцирует, но со слабой интенсивностью и в белесых тонах. Данные по изотопии углерода отсутствуют.

Разновидность VIII. В рамках данной разновидности рассматриваются агрегатные сростки мелких (до 1, 0 мм) алмазов, имеющих хорошую огранку. Обычно периферийные части таких сростков образованы кристаллами октаэдрической формы, а внутренние представлены ядром неправильной формы. Интенсивность флюоресценции и рентгеновской люминесценции слабая. Среди азотных дефектов отмечены А, В1 и В2. Изотопный состав углерода характеризуется широким разбросом значений δ ¹³С – от -0, 67 и до -2, 42‰.

Разновидность IX. К этой разновидности отнесены поликристаллические сростки неправильной формы, в которых отдельные зерна не превышают 0, 1 мм. Как правило, индивидуализированные зерна лишены кристаллографической огранки. Агрегаты в целом непрозрачны и окрашены в серый и черный цвета. По более ранним описаниям они аналогичны фрамезитам. В их составе обнаружены азотные дефекты В1. Парамагнитный дефект С присутствует в количествах, соответствующих таковым у алмазов разновидности I.

Алмазы разновидности VIII и IX встречаются в месторождениях совместно, так как генетически они тесно связаны. В некоторых агрегатах разновидности VIII устанавливается ядро, аналогичное по строению алмазам разновидности IX.

Разновидность Х (карбонадо). Представляет собой поликристаллический агрегат чрезвычайно мелкозернистых кристаллов размером до 80 мкм. В агрегате зерна расположены хаотически, цементирующего материала между ними нет. Все зерна интенсивно деформированы. В числе азотных дефектов в этой разновидности преобладает парамагнитный одиночный атом азота – дефект С. Изотопный состав углерода в агрегате карбонадо не имеет широких вариаций – значения δ ¹³С составляют в среднем ±0, 075‰, при средней величине δ ¹³С равной -2, 87‰, что соответствует биогенной форме углерода (углеводородам нефти и газа).

Разновидность ХI. Это особая форма мелкоагрегатных алмазов, в которых содержится три модификации углерода: алмаз, лонсдейлит и графит. В природных условиях алмазы данной разновидности встречаются в метеоритах, астроблемах и в некоторых россыпях. Физические свойства алмазов данной разновидности варьируют в значительном диапазоне, что определяется объемным соотношением перечисленных фазовых модификаций в каждом конкретном случае. Точными методами изучения установлено, что в данной разновидности отсутствуют азотные примеси. У лонсдейлитсодержащих алмазных агрегатов отмечается очень слабая рентгеновская люминесценция; в длинноволновом ультрафиолетовом облучении они обнаруживают желтовато-оранжевое свечение.

Контрольные вопросы

1. Сфера применения технических алмазов.

2. Использование абразивных свойств алмазов.

3. Физическая классификация алмазов.

4. Геолого-минералогическая классификация алмазов.