2022 m. sausio 24 d. 14:50

Ar dirbtiniai deimantai ateityje gali pakeisti natūralius?

  • Vilniaus universitetas, Chemijos ir geomokslų fakultetas
Deimantai
Deimantai

Legendomis apipinti ir visame pasaulyje geidžiami deimantai pasižymi ne tik grožiu, bet ir unikaliomis fizikinėmis savybėmis. Tačiau dėl jų retumo ir sudėtingų gavybos sąlygų natūralių deimantų kaina yra didelė, o pramonė įvairiose šalyse kaltinama pažeidžianti žmogaus teises bei tvarios kasybos principus. Tačiau mokslas šioms problemoms siūlo sprendimą – sintetinius laboratorijose sukurtus deimantus. Kuo jie skiriasi nuo natūralių ir ar ateityje jie galėtų iš rinkos išstumti gamtoje randamus deimantus, komentuoja Vilniaus universiteto (VU) Chemijos ir geomokslų fakulteto gemologas dr. Arūnas Kleišmantas ir chemikas dr. Martynas Misevičius.

Natūralių deimantų susidarymą lemia sudėtingi geologiniai procesai

Deimantai priskiriami brangakmeniams, kuriems be jų dar priskiriami tik smaragdas, rubinas ir safyras. Visi kiti akmenys, ypač naudojami papuošalams ar kitiems dirbiniams, vadinami juvelyriniais akmenimis. Dr. A. Kleišmanto teigimu, deimantams susidaryti yra keletas būdų, kuriems įtaką daro sudėtingi Žemės gelmėse vykstantys procesai.

„Magmoje, kuri veržėsi iš Žemės gelmių, buvo gausu uolienų ir mineralų nuolaužų, tarp kurių yra ir deimantų. Pastaroji magma, susidaranti 200 – 150 km gylyje, dar vadinama kimberlitine. Tai – ypatingai reta ultramafinė uoliena, daugiausia sudaryta iš serpentino ir karbonatų masės,“ – aiškina mokslininkas.

Deimantai susidaro litosferos apatinėje dalyje, 100-200 km gylyje, esant 900-1300°C temperatūrai ir 45-60 kbar slėgiui, o dalis jų kristalizuojasi 650-670 km ir gilesniame gylyje. Dr. A. Kleišmanto teigimu, „deimantai, susidarę mantijoje, yra stabilūs, o kildami su magma į paviršių jie virsta grafitu arba sudega jungdamiesi su deguonimi. Deimantai pasiekia paviršių tik todėl, kad kimberlito magma labai greitai kyla į viršų. Manoma, kad dėl sumažėjusio tankio ji paviršių pasiekia apie 1000 km/val greičiu.“

Be to, deimantai gali susidaryti ir meteoritui atsitrenkus į Žemę. „Smūginiuose krateriuose randami deimantai yra smulkūs, bet jų ištekliai gali būti gana dideli. Geriausias pavyzdys yra deimantai iš Popigajaus kraterio Sibiro šiaurėje. Visgi, daugelis deimantų randami paviršinėse nuogulose, taip vadinamuose sąnašynuose. Jie susidaro, kai pirminiai deimantų telkiniai, veikiami paviršinių procesų, yra ardomi, o ardomą medžiagą dažniausiai perneša tiek pastovūs, tiek laikini vandens srautai,“ – sako dr. A. Kleišmantas.

Gemologas ir brangakmenių ekspertas dr. Arūnas Kleišmantas „Pandemija nuo pernykščio pavasario išmokė mus dirbti kitaip.“
Gemologas ir brangakmenių ekspertas dr. Arūnas Kleišmantas „Pandemija nuo pernykščio pavasario išmokė mus dirbti kitaip.“
© Autorių nuotr.

Kylanti kaina verčia ieškoti naujų šaltinių

Deimantų yra daugelyje pasaulio vietų – Rusijoje, Botsvanoje, Kongo Demokratinėje Respublikoje, Australijoje, Kanadoje ir t. t. Daugelyje gavybos vietų Žemės paviršiuje matoma tik apatinė vulkaninių dujų sprogimų pramuštų kanalų (diatremų) dalis. Viršutinė jų dalis dažniausiai būna per milijardus metų nuardyta vykstant gamtiniams procesams.

„Visa ši diatremų dalis, žinoma, niekur nedingo, o buvo paskleista upių slėniuose, vandenynų šelfe ir kitur. Vienas iš deimantų gavybos būdų yra greta kimberlitinių uolienų nusausinti upes ar net pakeisti jų tėkmę. Vėliau upių vietose esančios nuogulos sijojamos, praplaunamos ir t. t. Suprantama, tai – ypatingai žalinga praktika visai ekosistemai,“ teigia dr. A. Kleišmantas.

Deimantus taip pat galima išgauti kasant karjeruose arba šachtose, siurbiant smėlingą gruntą iš vandenyno pakrantės tiek sausumoje, tiek iš specialių laivų. Tačiau tikroji deimantų vertė priklauso nuo jų retumo, be to, tikėtina, kad šie jų ištekliai yra labai riboti.

„Prognozuojama, kad pasaulinė deimantų gavyba mažės po 1-2 proc. per metus iki 2030 metų, o kai kurie analitikai mano, kad ji mažės net 5 proc. per metus. Pavyzdžiui, Rio Tinto telkinys Australijoje baigtas eksploatuoti 2020 metais, o Diavik telkinys Kanadoje užsidarys 2034 m. Kadangi pastaruoju metu daugelio deimantų telkinių ištekliai mažėja, manoma, kad viso pasaulio ištekliai taip pat mažės,“ – pasakoja gemologas.

Deimantai
Deimantai
© Corbis

Dėl to natūralių deimantų alternatyva gali tapti vis populiarėjantys sintetiniai deimantai. Dr. M. Misevičiaus teigimu, dirbtiniai deimantai gali visiškai nesiskirti nuo natūralių nei savo išvaizda, nei savo chemine sudėtimi, o juos atskirti įmanoma tik naudojant pažangiausius tyrimų metodus.

„Dirbtinių, kaip ir natūralių deimantų, cheminė sudėtis – anglies atomai, išsidėstę pagal deimantinę kubinę struktūrą. Jei tie patys anglies atomai išsidėstytų kitaip, turėtume visai kitas medžiagas – grafitą, anglies nanovamzdelius ar kitas vadinamąsias anglies alotropines atmainas,“ – sako chemikas.

Anot jo, tiek natūralių, tiek dirbtinių deimantų atveju visiškai idealus atomų išsidėstymas yra praktiškai neįmanomas: pasitaiko tam tikras kiekis defektų – kitų cheminių elementų priemaišų ar netobulo anglies atomų išsidėstymo vietų.

„Defektai nulemia tam tikras galutines deimanto savybes, pavyzdžiui, spalvą. Nors konkrečiais atvejais tiek natūralių, tiek dirbtinių deimantų spalvos gali sutapti, tačiau lyginant bendrą pasaulinės produkcijos kiekį, didžioji dalis iškasamų deimantų yra skaidrūs, tuo tarpu didžioji dalis sintetinių deimantų yra spalvoti,“ teigia dr. M. Misevičius.

Deimantų sintezės metodai – nuo aukšto slėgio iki sprogmenų detonavimo

Seniausi ir ligi šiol bene plačiausiai naudojami dirbtinių deimantų gavimo būdai yra aukšto slėgio, auštos temperatūros sintezė (HPHT – anlg. high pressure, high temperature) bei cheminio garų nusodinimo (CVD – angl. chemical vapor deposition) metodai. Kiti santykinai neseniai į pramonę atėję metodai yra sprogmenų detonacija bei ultragarsinė sintezė.

Anot dr. M. Misevičiaus, aukšto slėgio, aukštos temperatūros (HPHT) sintezė remiasi dirbtinai sukuriamomis sąlygomis, kurios yra panašios į tas, kuriomis susiformuoja natūralūs deimantai giliai po žeme. „Tokiai sintezei naudojami specialūs presai, kurie gali pasiekti 5 GPa (gigapaskalių) slėgį, o tai yra maždaug 50 000 kartų daugiau, negu atmosferos slėgis arba apytiksliai atitiktų 5000 tonų į kvadratinį metrą. Be tokio slėgio, preso viduje esančios pradinės medžiagos (anglis) tuo pat metu turi būti kaitinamos iki maždaug 1500oC temperatūros,“ – sako mokslininkas.

Tuo tarpu cheminio garų nusodinimo metu į reaktorių leidžiamos anglies savyje turinčios dujos (pavyzdžiui, metanas) ir jonizuojamos į chemiškai aktyvius radikalus – aktyvuotus anglies atomus, kurie jungiasi tarpusavyje, formuodami deimanto vidinę struktūrą. „Nors šiuo metodu negaunami tokie dideli deimantų kristalai, kaip HPHT būdu, visgi CVD metodas išlieka populiarus, nes reikalinga paprastesnė aparatūra, be to, jis suteikia galimybę padengti įvairius paviršius deimantine danga bei kontroliuoti priemaišų cheminę sudėtį, taigi ir galutines medžiagos savybes,“ – aiškina dr. M. Misevičius.

„Dar vienas metodas – sprogmenų detonavimas specialiuose metaliniuose induose. Sprogimo metu inde susidaro aukštas slėgis ir temperatūra – tinkamos sąlygos, kad pradinėse medžiagose buvę anglies atomai jungtųsi, suformuodami deimanto struktūrą.“ Tačiau, anot chemiko, tokios sintezės metu susidaro nemažai ir kitų formų anglinių medžiagų (grafito ar pan.) priemaišų, kurias reikia pašalinti. Be to, taip gaunami tik labai maži – nanometrų dydžio – deimantai, todėl tokia deimantų „pudra“ naudojama poliravimo medžiagoms.

„Deimantai plačiai naudojami pramonėje dėl tam jų unikalių fizikinių savybių: mechaninio stiprumo, laidumo šilumai ir elektrai, optinių savybių ir pan. Kadangi šių savybių parametrai priklauso nuo deimanto struktūroje esančių defektų, sintezės metu galima gauti norimomis savybėmis pasižyminčius deimantus. Tuo tarpu iškastiniai deimantai yra tokie, kokie susidarė natūraliomis sąlygomis. Dėl šios priežasties didžioji dalis pramonėje naudojamų deimantų yra sintetiniai,“ – sako dr. M. Misevičius.

Svarbus vartotojų požiūris į socialines problemas

Kadangi natūralių ir sintetinių deimantų išvaizda bei cheminė sudėtis gali visiškai nesiskirti, iškastinių deimantų pramonė imasi įvairių teisinių priemonių, kad juos parduodant būtų aiškiai atskirta, kurie natūralūs, o kurie uždauginti laboratorijoje. Tačiau su deimantų kasyba yra susiję ir kiti probleminiai klausimai: ekologija, žmogaus teisių pažeidimai besivystančiose šalyse, vadinamieji „kruvinieji deimantai“, naudojami įvairių karinių struktūrų finansavimui. Todėl abu mokslininkai teigia, kad ateities deimantų rinką lems ne tik mokslo pažanga, bet ir vartotojų pasirinkimas.

„Pats kasimas tikrai labai nekenkia Žemės ekologijai, jei laikomasi gamtosaugos reikalavimų. Kalbant apie kasimąsi gilyn, tai jau priklauso nuo technologijų. Dauguma deimantų išgaunama paviršiuje, dėl to, ypač Brazilijoje, didėja miškų kirtimas. Bet yra ir kita šios problemos pusė. Pavyzdžiui, paskaičiuota, kad gauti 1 karato (0,2 g) šlifuotą natūralų deimantą išskiriama 160 kg CO2, kai tuo tarpu tokiam pat dirbtiniam deimantui gauti laboratorijoje išskiriama daugiau nei 3 kartus CO2 (511 kg),“ – apie ekologinių klausimų įvairiapusiškumą sako dr. A. Kleišmantas.

Gemologo teigimu, pastaruoju metu naujoji verslininkų karta vis dažniau akcentuoja, deimantų ekologiškumą: „Panašu, kad jiems bent jau kasdieninėje deimantų vartojimo sferoje (juvelyrikoje), kilmė tampa ne tokia jau ir svarbi. Tačiau visgi egzistuoja ir egzistuos natūralių deimantų, kaip investicijos objekto, rinka, kuri, deja, labai priklauso ir priklausys, nuo to, kiek jis retas, o tai, kaip jis buvo rastas, deja, tampa antraeiliu dalyku.“

Įvertink šį straipsnį
Norėdami tobulėti, suteikiame jums galimybę įvertinti skaitomą LOGIN.LT turinį.
(0 žmonių įvertino)
0

Svarbiausios naujienos ir komentarai iš LOGIN.LT –
kiekvieną savaitę tiesiai į el. paštą!