Mineral-phase paragenes in explosive products of modern emergencies of Kamchatka and Kuril volcanoes. Part 1. Diamonds, carbon phases, condensed organoids

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

In the products of modern volcanic identified carbonaceous mineral phase paragenes explosive-atmoelektrogenese origin comprising diamond cuboctahedral habitus with non-aggregated nitrogen defects (no signs mantle annealing), disordered graphite, shungito shaped asphalts (kerite-anthraxolite), carbon globules – cluster allotrope diuglerod composition, metallo-carbon nanomicrocomposites – a product of the shock-thermal decomposition of organometallic compounds and a biogenic organic compounds. The identified carbon paragenes is considered as a unique natural phenomenon indicating the existence of a global process of endogenous carbonization of the Earth's crust during the course of the crust-mantle interactions.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. I. Silaev

Institute of Geology, Komi Science Center, Ural Branch of RAS

Author for correspondence.
Email: silaev@geo.komisc.ru
Russian Federation, Pervomayckaya str. 54, Syktyvkar, 167982

G. A. Karpov

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: karpovga@kscnet.ru
Russian Federation, Piip Boulevard 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

L. P. Anikin

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: silaev@geo.komisc.ru
Russian Federation, Piip Boulevard 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

E. A. Vasiliev

St. Petersburg Mining University

Email: karpovga@kscnet.ru
Russian Federation, Vasil’evskiy ostrov 21 lines, 2, St. Petersburg, 199106

L. P. Vergasova

Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS

Email: karpovga@kscnet.ru
Russian Federation, Piip Boulevard 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

I. V. Smoleva

Institute of Geology, Komi Science Center, Ural Branch of RAS

Email: karpovga@kscnet.ru
Russian Federation, Pervomayckaya str. 54, Syktyvkar, 167982

References

  1. Аникин Л.П., Силаев В.И., Чубаров В.М. и др. Алмаз и другие акцессорные минералы в продуктах извержения 2008–2009 гг. Корякского вулкана (Камчатка) // Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2018. № 2. С. 18-27.
  2. Байков А.И., Аникин Л.П., Дунин-Барковский Р.Л. Находки карбонадо в вулканах Камчатки // Доклады РАН. 1995. Т. 343. № 1. С. 72-74.
  3. Бескрованов В.В. Онтогения алмазов // Наука и техника в Якутии. 2012. № 1(22). С. 89-92.
  4. Бескровный Н.С., Лобков В.А. Изотопный состав углерода гидротермальных газов Камчатки // Доклады АН СССР. 1974. Т. 217. № 3. С. 689-692.
  5. Гаранин В.К. Полигенность и дискретность – фундаментальные основы генезиса природного алмаза // Проблемы минерагении, экономической геологии и минеральных ресурсов. Смирновский сборник-2017. М.: Макс-Пресс, 2017. С. 88-129.
  6. Гаранин В.К. Природный алмаз в пространстве и во времени // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. Пермь: Изд-во ПГНИУ, 2016. С. 24-27.
  7. Гонтовая Л.И., Силаев В.И., Вергасова Л.П., Аникин Л.П., Карпов Г.А. К вопросу о глубинности источникам флюидо-магматического вещества под Толбачинским и Ключевским вулканами // Вулканизм и связанные с ним процессы: XX ежегодная научная конференция вулканологов. Петропавловск-Камчатский: Изд-во ИВиС, 2017. С. 22-25.
  8. Гордеев Е.И., Карпов Г.А., Аникин Л.П. и др. Алмазы в лавах Трещинного Толбачинского извержения на Камчатке // ДАН. 2014. Т. 454. № 2. С. 204-206.
  9. Горшков А.И., Селиверстов В.А., Байков А.И. и др. Кристаллохимия и генезис карбонадо из меланократовых базальтоидов вулкана Авача на Камчатке // Геология рудных месторождений. 1995. Т. 37. № 1. С. 54-66.
  10. Гуцало Л.К., Плотников А.М. Изотопный состав углерода системы СО2–СН4 как критерий генезиса метана и углекислоты в природных газах Земли // Доклады АН СССР. 1981. Т. 259. № 2. С. 470-472.
  11. Дерягин Б.В., Федосеев Д.В. Рост алмаза и графита из газовой фазы. М.: Наука, 1977. 116 с.
  12. Дунин-Барковский Р.Л. Кристаллохимия и генезис карбонадо из меланократовых базальтов вулкана Авача на Камчатке // Геология рудных месторождений. 1995. Т. 37. № 1. С. 54-66.
  13. Дунин-Барковский Р.Л., Аникин Л.П., Васильев Г.Ф. Алмазы Камчатки // Горный вестник Камчатки. 2013. Вып. 26. С. 57-61.
  14. Земцов А.Н., Тронь А.А., Мархинин Е.К. Об электрических разрядах в пепло-газовых тучах, возникающих при вулканических извержениях // Бюлл. вулканолог. станций. 1976. № 52. С. 19-23.
  15. Карпов Г.А., Силаев В.И., Аникин Л.П., Васильев Е.А., Вергасова Л.П. Вулканогенный углеродный парагенезис на Камчатке // История науки и техники. 2017а. № 7. С. 66-77.
  16. Карпов Г.А., Силаев В.И., Аникин Л.П. и др. Эксплозивная минерализация // Толбачинское трещинное извержение 2012–2013 гг. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2017б. С. 241-255.
  17. Карпов Г.А., Силаев В.И., Аникин Л.П. и др. Алмазы и сопутствующие минералы в продуктах Трещинного Толбачинского Извержения 2012–2013 гг. // Вулканология и сейсмология, 2014. № 6. С. 3-20.
  18. Ковалёв Г.Н., Кутыев Г.Н. Оценка температурных условий в мощных пеплово-газовых струях Толбачинского извержения 1975 г. (Камчатка) по структуре вулканических бомб // Доклады АН СССР. 1977. Т. 234. № 1. С. 219-222.
  19. Кутыев Ф.Ш., Кутыева Г.В. Алмазы в базальтоидах Камчатки // Доклады АН СССР. 1975. Т. 221. № 1. С. 183-186.
  20. Родников А.Г., Забаринская Л.П., Сергеева Н.А. Глубинные очаги генерации углеводородов в верхней мантии региона Охотского моря // Глубинная нефть. 2014. Т. II. № 2. С. 210-214.
  21. Руленко В.П., Токарев П.И. Атмосферно-электрические эффекты Большого Трещинного Толбачинского извержения в июне–сентябре 1975 года // Бюлл. вулканолог. станций. 1978. № 56. С. 96-102.
  22. Силаев В.И., Аникин Л.П., Вергасова Л.П. и др. Абиогенные органические полимеры в продуктах современного вулканизма // Вестник Пермского университета. Геология. 2016а. Вып. 3. С. 21-33.
  23. Силаев В.И., Аникин В.П., Кокин А.В. и др. Абиогенные органополимеры в продуктах современного вулканизма // Вулканизм, биосфера и экологические проблемы // Материалы IX Всероссийской научной конференции с международным участием. Майкоп: Изд-во “Магарин О.Г.”, 2018а. С. 116-120.
  24. Силаев В.И., Аникин Л.П., Шанина С.Н. и др. Абиогенные конденсированные органические полимеры в продуктах современного вулканизма в связи с проблемой возникновения жизни на Земле. Сыктывкар: Геопринт, 2018б. 128 с.
  25. Силаев В.И., Васильев Е.А., Карпов Г.А. и др. Углеродный парагенезис в эруптивных пеплово-газовых продуктах извержения камчатских вулканов // Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения-2016). Сыктывкар: Геопринт, 2016б. С. 67-68.
  26. Силаев В.И., Вергасова Л.П., Васильев Е.А. и др. Микропарагенезис алмаза и самородного алюминия в продуктах современного вулканизма // Вулканология и сейсмология. 2016в. № 1. С. 71-77.
  27. Силаев В.И., Карпов Г.А., Ракин В.И. и др. Алмазы в продуктах Трещинного Толбачинского извержения 2012–2013, Камчатка // Вестник Пермского университета. Геология. 2015. № 1. С. 6-27.
  28. Силаев В.И., Карпов Г.А., Петровский В.А., Аникин Л.П., Сухарев А.Е. Толбачинский углеродно-алмазный феномен. Проблемы некимберлитовой алмазоносности // Сборник научных трудов XX Международной научно-технической конференции “Высокие технологии в промышленности России”. М., 2018в. С. 87-102.
  29. Силаев В.И., Кузьмин И.А., Колямкин В.М. и др. Туффизитовые алмазы на Енисейском Кряже // Вестник Пермского университета. Геология. 2017. Т. 16. № 4. С. 304-329.
  30. Силаев В.И., Лютоев В.П., Петровский В.А., Хазов А.Ф. Опыт исследований природных углеродистых веществ и некоторых их синтетических аналогов методом рамановской спектрoскопии // Минералогический журнал. 2013. Т. 35. № 3. С. 33-47.
  31. Симакин А.Г., Салова Т.П. О происхождении алмазов в мантийном клине // Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле // Материалы XVII Международной конференции. М., 2016. С. 304-307.
  32. Степанщиков Д.Г. Различные представления реальных форм кристаллов // Кристаллические и твердые некристаллические состояния минеральных веществ // Материалы минералогического семинара с международным участием. Сыктывкар: Геопринт, 2012. С. 64-66.
  33. Bandy F.P., Hall H.T., Strong H.M., Wentorf Jr.R.J. Manmade Diamond // Nature. 1955. V. 176. P. 51-54.
  34. Capdevila R., Arndt N., Letendre J., Souvage J.-F. Diamonds in volcaniclastickamatiite from French Guiana // Nature. 1999. V. 399. № 3. P. 456-458.
  35. Davydov V.A., Shiryaev A.A., Rakhmanina A.V. et al. Transformation of polyhedral carbon nanoparticles under high pressures temperatures // Carbon. 2011. V. 49. P. 2389-2401.
  36. Hoffvan R. C2 in All its Guises // Amer. Sci. 1995. V. 83. P. 309-311.
  37. Howell D., Griffin W.L., Yang J. et al. Diamonds in ophiolites: Contamination or a new diamond growth environments? // Earth and Planet. Sci. Lett. 2015. V. 430. P. 284-295.
  38. Silaev V., Anikin L., Petrovsky V., Karpov G. A biogenic organ polimers in products of modern volkaism // Уральский геологический журнал. 2018. № 3. С. 40-51.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. An example of atmoelectric discharge into an emerging eruptive ash-gas column (a, Tolbachik, 1975) and the structure diagram of a mature ash-gas cloud - a natural chemical reactor (b). Areas in the diagram: 1 - quasilaminar outflow of ash-gas jets; 2 - destruction of the quasilaminar flow (the zone of abiogenic synthesis of condensed organoids is marked in pink); 3 - mainly horizontal spreading of ash-gas clouds; 4, 5 - deposition of large and small fractions of pyroclastic material, respectively.

Download (472KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The appearance, habit and coloring of diamonds from the products of the eruption of Kamchatka volcanoes. a, b - Tolbachinsky diamonds (arrows in Fig. 2b indicate etching pits and depressions); c - diamond (D) growing on the surface of the particles of deltalumite, Koryaksky volcano; g – g — inclusions of diamonds (D) in a particle of native aluminum (Al), Klyuchevskoy volcano.

Download (606KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Spectroscopic properties of diamonds as a criterion for their phase diagnostics and geological and genetic assessment. a, b - Raman and IR absorption spectra, respectively, in Tolbachinsky diamonds; in - diagram U.R. Taylor reflecting the correlation of the concentration of structural nitrogen and the degree of aggregation of nitrogen defects in diamonds with the temperature of post-crystallization annealing of the latter. Fields on the diagram: 1 - South African diamondiferous province (AP); 2, 3 - East Brazilian AP, respectively, Minas Gerais and Zhuina; 4 - Yakut AP; 5 - Rassolninsky tuffite deposit, Northern Ural; 6 - Arkhangelsk AP; 7 - diamonds from the Ukrainian crystal shield; 8 - Kumdykolskoye field, Northern Kazakhstan; 9 - Tolbachinsky diamonds; 10 - tuffisite diamonds from the Yenisei Ridge. Trends in the chart: I - North Ural, II - kimberlite, III - Brazilian.

Download (139KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. A typical particle of graphite from TTI-50 ashes (a) and data of x-ray structural (b) and Raman spectroscopic (c) analyzes.

Download (634KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Diocarbon globules from TTI products (a), Raman spectra (b, left) and IR absorption (b, right) in them and synthetic analogues (c).

Download (227KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Particles of shungite carbon material from explosive products of the eruption of the Tolbachik and Klyuchevskaya volcanoes (a - SEM images in the mode of elastically reflected electrons, arrows indicate inclusions of volcanic glass and native metals) and their Raman spectrum (b).

Download (330KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Photo (a) and SEM images in the regime of elastically-reflected electrons (b, c) of particles of metal-carbon composites: HC - areas almost entirely carbon; Al, Al-Sn, Pb-Cr - metal sections.

Download (445KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. The colored particles and threads of condensed organoids in explosive products TTI-50.

Download (954KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. The isotopic composition of carbon in Kamchatka volcanics, minerals and phases (a), abiogenic organoids (b) and volcanic gases (c - data by N.E. Podkletnov). a - 1 - volcanic lavas from the Tolbachinsky volcano, 2, 3 - bubbly lavas with diamonds in the voids, respectively from the Tolbachinsky and Klyuchevsky volcanoes, 4 - shungite-like carbon substance, 5 - the same with inclusions of native aluminum particles, 6 - native aluminum particles with inclusions of micro diamonds, 7 - Tolbachinsky diamonds, 8 - carbon globules, 9 - moissanite and quansongite, 10 - apo-diamond carbon from mantle peridotites of the Beni Bushera massif (Morocco), 11 - carbonaceous matter from the Witwatersrand gold-diamond deposit, 12 - ve ancient mantle of the Earth, 13 - meteorites; c - volcanoes: K - Klyuchevskoy, Sh - Shiveluch, A - Alaid (Atlasova island, Kuril ridge), T - Tyatya (Kunashir island), AG - Agung (Bali island, Indonesia).

Download (183KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Phase diagram of the phase state of carbon according to F. P. Bundy [Bundy et al., 1955] (a), the total composition of lithogenic gases in relation to the chemistry of the periods of volcanic eruption (b) and the composition of lithogenic organic gases in TTI-50 lavas (c - according to A.S. Myandin). a - regions of the phase states of carbon: A - melt, B - stable diamond, C - stable graphite, D - coexistence of stable diamond and unstable graphite, D - coexistence of stable graphite and unstable diamond, E - metallic carbon; areas of diamond synthesis: 1 - in metal melts, 2 - as a result of direct transition of graphite to diamond under the influence of shock waves, 3 - due to carbon carbonates, 4 - as a result of hydrolysis of alkali metal halides, 5 - due to carbon nanoparticles [Davydov et al ., 2011], 6 - CVD diamonds and diamond films on diamond seeds, 7 - diamonds obtained by chemical spraying, 8 - explosive-atmoelectrogenic (Tolbachi) diamonds; b - 1, 2 — compositions of inorganic and organic lithogenic gases in TTI-50 products, respectively; c - 1, 2 — compositions of organic lithogenic gases in the TTI-50 products released during heating in the ranges of 100–600 and 600–900 ° С, respectively.

Download (585KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences