“الماس ليس أكثر من قطعِ فحمٍ تمسكت بوظائفها”
“Diamonds are nothing more than chunks of coal that stuck to their jobs”
مالكوم فوربس
رجل أعمال أمريكي
“قد يكون للماس القدرة على التأثير على قلب المرأة اليوم، ولكن الحقيقة البسيطة هو أن الماس من الأحجار المُتهافَت عليها التي احتفظت بمكانتها عبر التاريخ، على الرغم من أن الاهتمام غالبًا ما كان لأسبابٍ أخرى خارج معايير اليوم. ذُكِرَ الماس في الأساطير اليونانية والرومانية على حد سواء، حيث يحتل مكانًا ذا أهمية في كليهما”
مقدمة وأصل التسمية
كلمة “ماس” مشتقة من الكلمة اليونانية القديمة “Adamas” وتعني الصلابة، حيث أُطلقت على الماس لصلابته. أتى هذا المعنى من اللغات الشرقية القديمة حيث تم إدخالها إلى اليونانية القديمة واللاتينية، لكن يبقى المعنى اليوناني هو المحتفظ بأثره على علوم الأحجار والجيولوجيا المعاصرة، وفي معظم اللغات الحديثة.
إن الكلمة اليونانية “ادامو” تُرجمت بمعـنى “أداماس” وهناك عدة ترجمـات للكلمة التي جاءت كنعت وصفي من اللغة اليونانـية إلى اللغـة الإنجليـزية، واستقر المعنى لكلمة “أداماس” اليونانية لوصف أقسى وأصلب معدن عرفه الإنسان.
طبيعة الماس
الماس هو شكل صلب من عنصر الكربون مع ذراته مرتبة في بنية بلورية تُسمى المكعب. في درجة حرارة الغرفة وضغطها، هناك شكل آخر ثابت من الكربون يُعرف باسم الجرافيت هو الشكل الثابت كيميائيًا، لكن الماس لا يتحول إليه أبدًا. يتمتع الماس بأعلى صلابة وتوصيلية حرارية لأي مادة طبيعية، وهي خصائص تُستخدم في التطبيقات الصناعية الكبرى مثل أدوات القطع والتلميع.
لأن ترتيب الذرات في الماس متماسك للغاية، يمكن أن تُلوثه أنواع قليلة من الشوائب (استثناءان هما البورون والنيتروجين). أعداد صغيرة من العيوب أو الشوائب (حوالي واحد لكل مليون من الذرات الشعرية). لون الماس الأزرق (البورون)، الأصفر (النيتروجين)، البني (خلل في البناء)، الأخضر (التعرض للإشعاع)، الأرجواني، الوردي، البرتقالي أو الأحمر. الماس لديه أيضًا درجة تشتت بصري عالٍ نسبيًا (القدرة على تشتيت الضوء بألوان مختلفة).
تتراوح أعمار معظم الماس الطبيعي بين مليار و 3.5 مليار سنة. تشكلت معظمها في أعماق تتراوح بين 150 و 250 كيلومترا (93 و 155 ميل) (in earth’s mantle)، على الرغم من أن بعضها قد وصل إلى عمق يصل إلى 800 كيلومتر (500 ميل). تحت الضغط العالي ودرجة الحرارة، ذابت السوائل المحتوية على الكربون واستبدلتها بالماس. في الآونة الأخيرة (منذ عشرات إلى مئات الملايين من السنين)، تم نقلها إلى السطح في ثوران بركاني وترسبت في الصخور البركانية المعروفة باسم الكمبرلايت واللامبرويت (صخور بركانية).
من الممكن تصنيع الماس من الكربون عالي النقاء تحت ضغوط ودرجات حرارة عالية أو من غاز الهيدروكربون بواسطة ترسيب البخار الكيميائي (CVD). يمكن أيضًا صنع الماس المقلد من مواد مثل الزركون المكعب وكربيد السيليكون. يتم تمييز الماس الطبيعي والاصطناعي والتقليدي بشكل شائع باستخدام التقنيات البصرية أو قياسات التوصيلية الحرارية.
جيولوجيا:
الماس نادر للغاية، مع تركيزات في معظم أجزاء لكل مليار جزء في صخور المصدر. (1) قبل القرن العشرين، تم العثور على معظم الماس في الرواسب الغرينية (النهرية).
تم العثور على الألماس الحر (غير المتماسك في صخر) أيضًا على طول السواحل الحالية والقديمة، حيث تميل إلى التراكم بسبب حجمها وكثافتها. (2)
نادرًا ما تم العثور عليها في المناطق الجليدية، لكن حتى إن تواجدت فهذه الرواسب ليست ذات جودة تجارية. (2)
معظم الماس يأتي من الوشاح (earth’s mantle)، بالإضافة إلى ذلك، عندما تضرب النيازك الأرض، يمكن لموجة الصدمة أن تنتج درجات حرارة وضغطًا عاليًا بما فيه الكفاية لتكوين الألماس الجزئي والماس النانوي. (3) يمكن استخدام الماس الجزئي كمؤشر على الحفر الأثرية القديمة.(4) لتشاهد حفرة Popigai في روسيا التي تعتبر أكبر حفرة لرواسب الماس في العالم، تُقدر بنحو تريليونات من القراريط، والتي تشكلت بتأثير كويكب.(5)
حفرة Popigai في روسيا
كيف يتكوَّن الماس
يعتقد الكثير من الناس أن الماس يتشكَّل من تحوُّل الفحم. لا تزال تلك الفكرة هي المحور الرئيسي لقصة “كيف يتشكل الماس” في العديد من الفصول العلمية.
نادرًا ما لعب الفحم دورًا في تكوين الماس. في الواقع، فإن معظم الماس الذي تم تأريخه أقدم بكثير من النباتات الأرضية الأولى للأرض (مصدر الفحم). يجب أن يكون ذلك وحده دليلًا كافيًا لإغلاق فكرة أن رواسب ماس الأرض قد تشكّلت من الفحم.
مشكلة أخرى في الفكرة هي أن طبقات الفحم عبارة عن صخور رسوبية تحدث عادة كوحدات صخرية أفقية أو شبه أفقية. ومع ذلك، فإن مصدر صخور الماس عبارة عن مواسير رأسية مملوءة بالصخور النارية.
يُعتقد أن هناك أربع عمليات مسؤولة عن جميع الماسات الطبيعية التي تم العثور عليها على سطح الأرض أو بالقرب منه. إحدى هذه العمليات تمثل 100٪ تقريبًا من جميع أنواع الماس التي تم استخراجها من أي وقت مضى. الثلاثة المتبقية هي مصادر ضئيلة من الماس التجاري.
تكوّن الألماس
نادرا ما تنطوي هذه العمليات على الفحم. (6)
العملية الأولى: في الوشاح (in earth’s mantle)
تكوّن الألماس في الوشاح
يعتقد الجيولوجيون أن الماس الموجود في جميع رواسب الماس التجارية للأرض تم تشكيله في الوشاح وصعد إلى السطح بواسطة ثوران بركاني عميق المصدر. تُنتِج هذه الانفجارات أنابيب كيمبرلايت ولامبرويت (الصخور التي يسعى إليها المنقبون عن الماس).
معظم هذه الأنابيب لا تحتوي على الماس، أو تحتوي على كمية صغيرة من الماس لدرجة أنها ليست ذات أهمية تجارية. هذه الماسات موجودة الآن في الرواسب (الغرينية) للتيارات والخطوط الساحلية.
يتطلب تكوين الماس الطبيعي درجات حرارة وضغوطًا عالية جدًا (تتراوح بين 3.5 إلى 4.5 ميجا باسكال). تحدث هذه الظروف في مناطق محدودة من الوشاح على بعد حوالي 90 ميلاً (150 كيلومتراً) أو أكثر تحت السطح، حيث درجات الحرارة لا تقل عن 2000 درجة فهرنهايت (1050 درجة مئوية) (6). بيئة ضغط الحرارة الحرجة لتشكيل الألماس واستقرارها غير منتشرة على مستوى العالم. بدلاً من ذلك، يُعتقد أنه موجود بشكل أساسي في الوشاح تحت اللوحات القارية المستقرة. (7)
هل الفحم مُشاركٌ هنا؟ الفحم عبارة عن صخرة رسوبية، مُكونة من بقايا نباتية تترسب على سطح الأرض. نادرًا ما يتم دفنها في أعماق أكبر من ميلين (3.2 كيلومتر). من غير المرجح أن يكون قد تم نقل الفحم من القشرة إلى عمق أقل بكثير من قاعدة الصفيحة القارية. من المُرجح أن يكون الكربون الموجود في ماس الأرض هو الكربون المحبوس في باطن الأرض وقت تكوين الكوكب أو دفنه إلى أعماق كبيرة عن طريق الاندثار.
العملية الثانية: في مناطق الانزلاق (in subduction zones)
تكوّن الألماس في مناطق الانزلاق
تم العثور على الماس الصغير في الصخور التي يُعتقد أنها قد انزلقت في عمق الوشاح بعمليات تكتونية، ثم عادت إلى السطح (8). قد يحدث تكوين الماس في صفيحة مبدئية على مسافة تقل عن 50 ميلاً (80 كم) تحت السطح وفي درجات حرارة منخفضة تصل إلى 390 درجة فهرنهايت (200 درجة مئوية) (6). في دراسة أخرى، تم العثور على الماس من البرازيل يحتوي على شوائب معدنية صغيرة تتفق مع معادن القشرة المحيطية (9).
البعض الآخر يحتوي على الشوائب التي تقترح أن مياه البحر المنزلقة (subducted sea water) كانت مشاركة في تكوينها. (10)
تعمقت دراسة حديثة في أصل الماس الأزرق المحتوي على البورون، والذي تشكل على عمق يصل إلى 400 ميل (650 كم). احتوت هذه الماسة فائقة العمق أيضًا على شواهد تشير إلى أنها مشتقة من قشرة محيطية مغمورة. (11)
هل الفحم مُشارك هنا؟ الفحم ليس مصدرًا مُحتملًا للكربون لعملية تشكيل الماس. مصادر الكربون من مناطق انزلاق صفيحة محيطية هي صخور الكربونات مثل الحجر الجيري والرخام والدولوميت، وربما جزيئات البقايا النباتية في الرواسب البحرية.
العملية الثالثة: في مناطق الاصطدام (at Impact Sites)
تكوّن الألماس في مناطق اصطدام الكويكبات
طوال تاريخها، تعرضت الأرض مرارًا وتكرارًا لارتطام الكويكبات الكبيرة. عندما تضرب هذه الكويكبات الأرض، تُنتج درجات حرارة عالية وضغوطًا شديدة. على سبيل المثال: عندما يصطدم كويكب بعرض ستة أميال (10 كيلومترات) بالأرض، يمكن أن يسافر بسرعة تصل 9 إلى 12 ميلًا في الثانية (15 إلى 20 كيلومترًا في الثانية). عند الاصطدام، ينتج عن هذا الجسم ذي السرعة الفائقة انفجار طاقة مُكافئة للعديد من الأسلحة النووية، ودرجات حرارة أكثر حرارة من سطح الشمس (12).
درجات الحرارة والضغط المرتفعة لهذا الاصطدام أكثر من كافية لتشكيل الماس. وقد تم دعم هذه النظرية الخاصة بتكوين الماس من خلال اكتشاف الماس الصغير حول العديد من مواقع تأثير الكويكبات.
تم العثور على ماس متعدد البلور يصل حجمه إلى 13 مم في الحفرة Popigai في شمال سيبيريا، روسيا. (5) (13)
هل الفحم مُشارك هنا؟ يمكن أن يُوجَد الفحم في المنطقة المُستهدَفة، ويمكن أن يكون مصدر الكربون للماس. الحجر الجيري، والرخام، والدولوميت، وغيرها من الصخور الحاملة للكربون هي مصادر للكربون أكثر من الفحم.
العملية الرابعة: في الفضاء (in Space)
تكوّن الألماس في الفضاء
اكتشف باحثو ناسا أعدادًا كبيرة من الماسات النانوية في بعض النيازك. (الماسات النانوية هي ألماس يبلغ قطرها بضعة نانومترات). يوجد حوالي ثلاثة بالمائة من الكربون في هذه النيازك في شكل ألماس نانويّ. هذه الماسات صغيرة جدًا لاستخدامها كجواهر أو مواد كاشطة صناعية؛ ومع ذلك، فهي مصدر للماس (14).
وجد باحثو سميثسونيان أيضًا أعدادًا كبيرة من الماس الصغير عندما كانوا يقطعون عينة من نيزك ألين هيلز (13). ويُعتقد أن هذا الألماس في النيازك تشكَّل في الفضاء من خلال تصادمات عالية السرعة المماثلة لكيفية تشكُّل الماس على الأرض في مواقع الاصطدام.
هل الفحم مُشارك هنا؟ الفحم لا يشارك في نشأة هذه الماسات. مصدر الكربون هو من جسم آخر غير الأرض.
ولنقل إنك لم تقتنع بكوْن الفحم لم يُشارك في نشأة الماس، إليك أدلة تساعدك.
الأدلة الأكثر إقناعًا
والدليل الأكثر إقناعًا على أن الفحم لم يلعب دورًا في تكوين معظم الماس هو المقارنة بين عصر ألماس الأرض وعصر النباتات البرية القديمة.
تشكَّلت معظم الصخور الحاملة لرواسب الألماس التي عُثر عليها خلال فترة ما قبل الكمبري – وهي الفترة الزمنية بين تكوين الأرض (منذ حوالي 4600 مليون سنة) وبداية العصر الكمبري (قبل حوالي 542 مليون سنة). في المقابل، لم تظهر النباتات البرية القديمة على الأرض إلا منذ حوالي 450 مليون عام – أي بعد 100 مليون سنة تقريبًا من تشكيل الغالبية العظمى من الماس الذي تم استخراجه.
نظرًا لأن الفحم يتكون من بقايا النباتات الأرضية، وأقدم النباتات البرية أصغر من أي ألماسٍ تم تأريخه تقريبًا؛ فمن السهل أن نستنتج أن الفحم لم يلعب دورًا مهمًا في تكوين الماس الطبيعي.
تشكُّل الماس على سطح الأرض
في الخمسينيات، اِكتُشفتْ طرقٌ جديدة لتشكيل الألماس على سطح الأرض. كان العلماء قادرين على خلق ظروف درجة الحرارة والضغط اللازمة لإنشاء الماس في المختبر. معظم الماسات الأوليّة لم تكن بجودة الأحجار الكريمة، لكنها كانت مثالية للاستخدام كحبيبات كاشطة في الأدوات الثاقبة وأدوات القطع وعجلات الطحن.
اليوم جميع الماس المُستخدَم في العمليات الصناعية تقريباً عبارة عن ماس تم إنشاؤه في المعمل. وهي مصنوعة في طيف من الألوان عن طريق إضافة النيتروجين (الأصفر) أو البورون (الأزرق) إلى البيئة التي تُشكِّل الماس. تتوفر الألوان الخضراء والوردية والبرتقالية والألوان الأخرى في عمليات معالجَة ما بعد النمو. يتم تصنيع الماس الذي تم إنشاؤه في المختبر في الولايات المتحدة وعدة دول أخرى. الصين هي الدولة الرائدة في إنتاج الماس الذي تم إنشاؤه في المعمل.
يتم تصنيع جميع أنواع الماس المزروع في المعمل باستخدام معدات تستهلك كمية هائلة من الكهرباء، وهو أمر ضروري لتهيئة ظروف درجة الحرارة والضغط اللازمة لنمو الماس. من المُحتمَل أن يتم توليد بعض هذه الكهرباء من حرق الفحم. وقد تكون هذه أفضل الأمثلة على الماس الذي يتم تصنيعه باستخدام الفحم.
“لقد سُئلت مرارًا وتكرارًا: ما هي نظريتك عن بلورة الماس الأصلية؟”
“كل ما يمكن قوله هو أنه بطريقة ما غير معروفة، فإن الكربون الذي كان موجودًا في أعماق المناطق الداخلية من الأرض قد تم تغييره من مظهره الأسود غير المثير للجاذبية إلى أجمل جوهرة شاهدتْ نور النهار”.
غاردنر ف. ويليامز ، المدير العام لشركة De Beers Consolidated Mines المحدودة، 1887 إلى1905.
المصادر:
(4) Carlson, R.W. (2005). The Mantle and Core. Elsevier. p. 248.
(6) Erlich, E.I.; Dan Hausel, W. (2002). Diamond Deposits. Society for Mining, Metallurgy, and Exploration. pp. 74-94. ISBN 0873352130.
(7) American Museum of Natural History (1998). The Nature of Diamonds – Diamonds are Found on Continental Cores. American Museum of Natural History.
(8) American Museum of Natural History (1998). The Nature of Diamonds – From Continental Collisions, Meteor Impacts and Star Dust. American Museum of Natural History.
(13) Tyson, Peter (2000). Diamonds in the Sky. NOVA Online.
(14) Vu, Linda (2008). Spitzer’s Eyes Perfect for Spotting Diamonds in the Sky. NASA/JPL Caltech.
