При высоких давлениях углерод образует кристаллы алмаза, принадлежащие к кубической группе (сингонии), но при более низких давлениях более устойчивыми являются кристаллы графита. У алмаза по сравнению с графитом более мелкие кристаллы и выше плотность (3,57 грамма в кубическом сантиметре у алмаза и 2,56 грамма в кубическом сантиметре у графита). Следовательно, можно ожидать, что при превращении алмаза в графит, сопровождающемся более чем 20%-ным уменьшением удельного веса, произойдет «разуплотнение» кристаллической структуры алмаза. Но выделятся ли при этом инертные газы, прочно удерживаемые кристаллической решеткой алмаза?
И мы решили, вместо того чтобы расплавлять алмаз, подвергнуть его графитизации, то есть превращению в графит. Хорошо известно, что алмаз превращается в графит, если его нагреть до температуры более 1300° С при давлении в одну атмосферу. Ведь все знают, что алмазы гибнут при пожарах, превращаясь в графит. Однако цель нашего эксперимента заключалась в выделении инертных газов, и графитизация должна производиться при сверхвысоком вакууме.
Сначала было решено узнать что-либо о превращении алмазов в графит при вакууме из специальной литературы. Однако, к большому нашему удивлению, удалось обнаружить только отдельные разрозненные выводы у различных авторов, а чего-нибудь более или менее достоверного вообще не попалось на глаза. Например, один автор писал, что при нагревании в вакууме, когда температура превысила 1700° С, алмаз почти мгновенно превратился в графит. Другой сообщал, что во время нагревания алмаза в вакууме при температуре 1800СС почти не наблюдалось признаков графитизации.
При определении содержания инертных газов и изотопного состава аргона в алмазах возникает ряд трудностей еще перед началом экксперимента. Алмаз способен выдержать нагрев до очень высоких температур и чрезвычайно устойчив химически. Это указывает на то, что извлечь из него инертные газы чрезвычайно трудно. Обычно, для того чтобы выделить захваченные твердым телом инертные газы, его нагревают в вакууме до температуры, близкой к температуре плавления. Однако для алмаза этот способ не подходит, так как температура плавления алмаза при атмосферном давлении превышает 3600° С. Следовательно, чтобы расплавить алмаз, требуется вакуумная печь, способная выдержать температуру свыше 3600° С, и никакого другого материала для такой печи нет, кроме самого алмаза!
Правда, если алмаз, представляющий собой кристаллический углерод, накалить и сжечь в кислороде, то уловить содержащиеся в нем инертные газы не составляет труда. Однако количество инертных газов, содержащихся в алмазе, крайне ничтожно. Одни грамм алмазов содержит не более одной миллиардной доли грамма аргона. В самом чистом кислороде содержание аргона на порядок выше, чем в алмазах. Следовательно, выделение аргона из алмазов можно проводить только в сверхвысоком вакууме (при давлении менее одной триллионной атмосферы).
И вот, положив перед собой полученные, наконец, 10 каратов алмазов, предназначавшихся для эксперимента, мы стали прикидывать возможные варианты. Хотя эти алмазы были техническими, среди них находилось и несколько прекрасных зерен, которые могли бы быть использованы как драгоценные камни. Любуясь этими великолепными кристаллами, мы терзались мыслью, что для выделения инертных газов из алмазов нет другого пути, кроме как их расплавить.
Чтобы определить изотопный состав аргона в земных недрах, пришлось, помимо вулканических пород, исследовать и различные другие вещества мантийного происхождения. В качестве одного из них использовались алмазы. Считается, что алмазы образуются на довольно больших глубинах, по-видимому, превышающих 100 километров. Поэтому, наверное, не будет ошибкой предположить, что алмазы тоже имеют мантийное происхождение. И хотя некоторые ученые утверждают, что алмазы образуются на сравнительно небольших глубинах в земной коре, это не получило широкого признания.
Алмазы имеют ряд важных достоинств. Они не вступают в химические реакции ни с какими другими веществами и чрезвычайно устойчивы к высоким температурам. Поскольку кристаллы алмазов очень прочны, то газы, захваченные ими в момент образования, не ускользают наружу, а с другой стороны, можно не бояться, что в них просочится вода или проникнет воздух извне. Таким образом, если в алмазах будут содержаться инертные газы, то следует ожидать, что характерный для них изотопный состав аргона будет верно отражать изотопный состав аргона в веществе мантии.