name: Нарастание кристаллов алмаза на лонсдейлитсодержащие фрагменты импактных алмазов Попигайской астроблемы в статических условиях высоких давлений и температур (экспериментальные данные)
keyword_list: перекристаллизация экспериментальное моделирование высокие давления и температуры лонсдейлит импактные алмазы
abstract: Актуальность исследования
  Общепризнано, что образование лонсдейлитсодержащих импактных
  алмазов происходило в ходе катастрофического явления – масштабного взрыва
  на поверхности Земли в результате падения крупного метеорита.
  Изучение импактных алмазов Попигайской астроблемы проводили
  многие исследователи [Сохор, Футергендлер, 1974; Налетов и др., 1985;
  Вальтер и др., 1992; Квасница и др., 1999; Denisov et al., 2011; Masaitis, 2013;
  Afanasiev et al., 2019, Афанасьев и др., 2019]. Были изучены многие
  особенности этих алмазов, включая макро- и микроморфологию, внутреннее
  строение, изотопный состав, а также геохимические и петрологические
  особенности вмещающих пород, геологическое строение астроблемы. Но,
  несмотря на многолетние и всесторонние исследования импактых алмазов из
  Попигайской астроблемы, остается ряд вопросов.
  Что такое лонсдейлит: самостоятельная фаза, как предполагали [Bundy,
  Kasper, 1967], или дефект структуры кубического алмаза? Может ли
  кубический алмаз в условиях статических давлений нарастать на
  лонсдейлитсодержащие импактные алмазы и как это отражается на морфологии
  растущих кристаллов? Обнаруженные мелкокристаллические и
  нанокристаллические кубические алмазы в астроблемах [Kvasnytsya et.al.,
  2016], в том числе на паракристаллах импактных алмазов, так же представляют
  интерес для экспериментального моделирования.
  Наконец, изучение кристаллизации искусственных алмазов на импактных
  алмазах огромного Попигайского месторождения важно для практических
  целей (проектирование и изготовление алмазного инструмента).
  Объектом исследования являются импактные лонсдейлитсодержащие
  алмазы Попигайской астроблемы.
  Цель работы и задачи исследования
  Цель – изучение взаимоотношений лонсдейлитсодержащих импактных
  алмазов Попигайской астроблемы с кубическим алмазом на основе
  экспериментального моделирования особенностей нарастания кристаллов
  алмаза на лонсдейлитсодержащие фрагменты в статических условиях высоких
  давлений и температур.
  Задачи:
  1. Разработать методику экспериментальных исследований для
  наращивания кристаллов алмаза на импактные кристаллы в системах на
  основе расплава железа и провести опыты по росту кристаллов алмаза в
  системе Fe-C c добавлением серы.
  2. Провести эксперименты по наращиванию кристаллов алмаза на
  импактные алмазы разных типов при высоких Р-Т параметрах.
  3. Исследовать полученные образцы после опытов методами оптической и
  электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, КР-спектроскопии,
  фотолюминесценции и рентгенофазового анализа.
  2
  4. Определить особенности нарастания кристаллов кубической фазы
  (алмаза) на паракристаллы импактных лонсдейлитсодержащих алмазов
  Попигайской астроблемы разных типов.
  5. Оценить влияние содержания лонсдейлитового компонента на рост
  кристаллов алмаза.
  6. Провести сопоставление полученных экспериментальных результатов с
  данными по природным импактным алмазам Попигайской астроблемы.
  Фактический материал и личный вклад автора
  Работа основана на результатах экспериментальных исследований,
  проведенных в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки
  Институте геологии и минералогии Сибирского отделения Российской
  академии наук в период с 2018 по 2022 годы. Автором самостоятельно
  выполнен литературный анализ. Эксперименты проведены на
  многопуансонном аппарате типа разрезная сфера «БАРС» при давлении 5.5-6
  ГПа, температуре 1450°С в системах: Fe-Ni-C (на затравках импактных
  лонсдейлитсодержащих алмазах Попигайской астроблемы) и Fe-S-C (синтез и
  рост кристаллов малоазотных алмазов). Автор принимал личное участие в
  экспериментах, включая сборку реакционных ячеек, проведение опытов и
  исследование полученных образцов. Проведено более 50 экспериментов при
  высоких давлениях и температурах. В работе применялся комплексный подход
  к исследованию полученных образцов. Автором были лично изучены как
  природные образцы, так и экспериментальные образцы, полученные в опытах
  при высоких Р-Т параметрах. Использовались методы ИК-спектроскопии и КРспектроскопии, XRD, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) MIRA
  LMU, оптической микроскопии.
  Основные защищаемые положения
  1. Введение серы в систему Fe-C в количестве 1 мас.% не увеличивает Р-Т
  параметры роста кристаллов алмаза, но существенно снижает
  концентрацию примесного азота. Алмазы растут в виде прозрачных,
  почти бесцветных кристаллов с содержанием примесного азота в
  диапазоне 20-40 ppm. Азот в алмазах находится, в основном, в азотновакансионных комплексах в разных состояниях заряда (NV0
  , NV-
  ) и, в
  меньшей степени, в A и H3 центрах.
  2. При 5.5 ГПа и 1450°С в системе Fe-Ni-C на импактные
  лонсдейлитсодержащие паракристаллы алмаза происходит нарастание
  кубической алмазной фазы. Рост лонсдейлита не имеет места.
  Соотношение лонсдейлит/алмаз в затравочных паракристаллах
  сохраняется неизменным.
  3. В системе Fe-Ni-C при 5.5 Гпа и 1450оС ориентация нарастающих
  микрокристаллов кубической алмазной фазы зависит от содержания
  лонсдейлита в исходных импактных паракристаллах: при 0-25 мол.%
  формируются параллельные и субпараллельные индивиды, при 45-55
  мол.% – разноориентированные микрокристаллы новообразованной
  кубической фазы алмаза. Образование сростка субпараллельных
  3
  микрокристаллов алмаза соответствует подобным образованиям на
  природных импактных алмазах Попигайской асторблемы с малым
  содержанием лонсдейлита.
  Научная новизна
  Впервые проведены эксперименты при высоких Р-Т параметрах по
  наращиванию кристаллов алмаза на импактные лонсдейлитсодержащие алмазы
  Попигайской астроблемы. Детально изучено взаимодействие подложки
  импактного алмаза с новообразованными кристаллами алмаза и показано
  зональное строение перехода между ними.
  На импактных алмазах в системе Fe-Ni-C при 5.5 ГПа и 1450 оС
  нарастают субиндивиды кубической алмазной фазы, формирующие сросток
  кристаллов, причем на алмазах типа 1 субиндивиды находятся в одной
  ориентировке, а алмазах типа 2 – субиндивиды разориентированы:
  установлено, что нарастание кристаллов кубического алмаза на фрагменты
  импактных лонсдейлитсодержащих алмазов происходит одновременно из
  разных центров зародышеобразования с образованием незакономерных
  сростков.
  Показано, что в системе Fe-S-C в присутствии серы в количестве 1 мас.%
  от массы металла происходит существенное уменьшение содержания азота в
  кристаллизующихся алмазах.
  Сделаны выводы, которые позволяют конкретизировать представления об
  эволюции импактных алмазов.
  Практическая значимость
  Импактные лонсдейлитсодержащие алмазы Попигайской астроблемы
  представляют большой практический интерес, поскольку в данном
  месторождении содержатся огромные запасы алмазов с необычными
  механическими свойствами: высокой твердостью, устойчивостью на истирание,
  износостойкостью и другими эксплуатационными свойствами,
  превосходящими в этом отношении искусственные и природные алмазы.
  Изучение взаимодействия искусственного алмаза и металл-углеродных сплавов
  с импактными алмазами важно для выяснения возможности использования их
  уникальных механических свойств и разработки различных видов алмазного
  инструмента.
  Апробация результатов исследования
  Основные результаты и положения работы обсуждались на Российских и
  международных конференциях и семинарах: Всероссийском ежегодном
  семинаре по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии
  ВЕСЭМПГ-2020 (Москва); Всероссийском ежегодном семинаре по
  экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии ВЕСЭМПГ-2021
  (Москва); Всероссийском ежегодном семинаре по экспериментальной
  минералогии, петрологии и геохимии ВЕСЭМПГ-2022 (Москва); VI
  Международной Российско-Казахстанской молодежной научно-технической
  конференции «Новые материалы и технологии» 2018 (Барнаул); VII
  Международной Российско-Казахстанской молодежной научно-технической
  4
  конференции «Новые материалы и технологии» 2019 (Барнаул); VIII
  Международной Российско-Казахстанской молодежной научно-технической
  конференции «Новые материалы и технологии» 2020 (Барнаул).
  Публикации
  По материалам диссертации за 2018-2022 годы опубликовано 13 научных
  работ. Материалы диссертации опубликованы в 6 статьях, входящих в перечень
  ВАК, из них 3 статьи опубликованы в научных изданиях, индексируемых в
  Scopus, WoS. Получен 1 патент РФ.
  Соответствие результатов работы научным специальностям
  Результаты работы соответствуют пунктам: 1 (состояния минерального
  вещества в различных термодинамических и геодинамических условиях), 2
  (минералогия земной коры и мантии Земли, ее поверхности и дна океанов) и 11
  (экспериментальная минералогия) паспорта специальности 25.00.05.
  Структура и объем диссертации
  Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения общим
  объемом 152 страницы. В ней содержится 72 рисунка, 9 таблиц. Список
  литературы включает 230 наименований.
  Благодарности
  Работа выполнена в лаборатории экспериментальной петрологии (№ 449)
  ИГМ СО РАН под руководством д.г.-м.н. Е.И. Жимулева, которому автор
  выражает глубокую признательность. За плодотворное сотрудничество и
  содействие в проведении исследований диссертант благодарен заведующему
  лабораторией д.г.-м.н. А.И. Чепурову и сотрудникам лаборатории д.г.-м.н. В.М.
  Сонину, д.г.-м.н. А.А. Чепурову, д.г.-м.н. А.И. Туркину, к.г.- м.н. Ю.В. Бабичу,
  а также В.Г. Дорошкевичу, А.Н. Терещенко, Н.Н. Стасевич, А.С. Загайнову.
  Неоценимый вклад в работу внесли к.ф.-м.н. С.В. Горяйнов и д.ф.-м.н. С.А.
  Громилов. За ценные замечания автор признателен академику РАН, д.г.-м.н.
  Н.П. Похиленко, д.г.-м.н. В.П. Афанасьеву, д.г.-м.н. А.П. Елисееву, д.г.-м.н.
  А.А. Томиленко, к.г.-м.н. Н.С. Тычкову.
  Работа выполнена при финансовой поддержке гранта: Минобрнауки
  РФ № 075-15-2020-781; и в соответствии с государственным заданием ИГМ СО
  РАН.
  Условные обозначения, принятые в работе.
  fO2 – фугитивность кислорода;
  системы: Fe-C – железо-углерод, Fe-Ni-C – железо-никель-углерод, Fe-Co-C –
  железо-кобальт-углерод, Fe-C – железо-углерод, Fe-S – железо-сера, Fe-C-S –
  железо-углерод-сера, Fe-Ni-C-S – железо-никель-углерод-сера;
  термины: алмаз, кубический алмаз – кубическая фаза углерода с алмазной
  структурой (КФА), лонсдейлит – гексагональная фаза углерода (ГФУ),
  лонсдейлитсодержащие алмазы – алмаз-лонсдейлитовые агрегаты (АЛА);
  ячейка высокого давления (ЯВД); метод синтеза и роста алмаза при высоких
  давлениях и температурах (HPHT).
chairman_dissertation_council.name: Николай
chairman_dissertation_council.surname: Похиленко
chairman_dissertation_council.patronymic: Петрович
chairman_dissertation_council.position: научный руководитель
chairman_dissertation_council.degree: Доктор геолого-минералогических наук
chairman_dissertation_council.rank: Академик
chairman_dissertation_council.wos_research_id: B-3211-2014
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6701785450
chairman_dissertation_council.rinc_id: 59032
chairman_dissertation_council.url: https://www.igm.nsc.ru/index.php/component/comprofiler/userprofile/chief
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Татьяна
organization_supervisor.surname: Дзюбенко
organization_supervisor.patronymic: Викторовна
organization_supervisor.position: ведущий инженер
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 38.35.21
rubrics.name: Минералы
rubrics.code: 38.41.19
rubrics.name: Оптические методы исследования минералов. Спектроскопия и люминесценция минералов
rubrics.code: 38.41.23
rubrics.name: Электронография и электронная микроскопия минералов
rubrics.code: 38.35.17
rubrics.name: Кристаллография минералов
oecds.code: 01.05.RE
oecds.name: MINERALOGY
speciality_codes.name: Минералогия, кристаллография
speciality_codes.code: 25.00.05
supervisors.fio: Жимулев Е.И.
supervisors.scientific_degree: Доктор геолого-минералогических наук
supervisors.speciality_code: Минералогия, кристаллография
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Васильев Е.А.
opponents.scientific_degree: Доктор геолого-минералогических наук
opponents.speciality_code: Минералогия, кристаллография
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Винс В.Г.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Физика конденсированного состояния
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛОГИИ СО РАН; ИГМ СО РАН
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛОГИИ ИМ. В.С. СОБОЛЕВА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
protection_organization.ogrn: 1065473055713
protection_organization.supervisor_name: НИКОЛАЙ
protection_organization.supervisor_surname: КРУК
protection_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛОГИИ СО РАН; ИГМ СО РАН
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И МИНЕРАЛОГИИ ИМ. В.С. СОБОЛЕВА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
author_organization.ogrn: 1065473055713
author_organization.supervisor_name: НИКОЛАЙ
author_organization.supervisor_surname: КРУК
author_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения