Diamanten ausgegraben

Wie entstehen Diamanten?

Verwandte Inhalte

• Diamanten ausgegraben
• Diamanten ausgegraben

Diamanten bilden sich tief in der Erde, etwa 100 Meilen unter der Erdoberfläche im oberen Erdmantel. Offensichtlich ist es in diesem Teil der Erde sehr heiß. Es gibt viel Druck, das Gewicht des darüber liegenden Gesteins lastet darauf, so dass eine Kombination aus hoher Temperatur und hohem Druck notwendig ist, um Diamantkristalle auf der Erde zu züchten. Soweit wir wissen, haben sich alle Diamanten, die sich auf der Erde gebildet haben, unter diesen Bedingungen gebildet, und natürlich ist dies ein Teil der Erde, den wir nicht direkt abtasten können. Wir haben keine Möglichkeit, bis zu dieser Tiefe zu bohren oder auf andere Weise zum oberen Erdmantel hinunterzufahren.

Wie reisen Diamanten an die Erdoberfläche?

Die Diamanten, die wir an der Oberfläche sehen, sind diejenigen, die durch einen sehr tief sitzenden Vulkanausbruch an die Oberfläche gebracht werden. Es ist eine ganz besondere Art von Eruption, von der angenommen wird, dass sie ziemlich gewalttätig ist und die vor langer Zeit in der Erdgeschichte stattgefunden hat. Solche Eruptionen haben wir in letzter Zeit nicht gesehen. Sie waren wahrscheinlich zu einer Zeit, als die Erde heißer war, und das ist wahrscheinlich der Grund, warum diese Eruptionen tiefer verwurzelt waren. Diese Eruptionen trugen dann die bereits gebildeten Diamanten vom oberen Mantel zur Erdoberfläche. Als der Ausbruch die Oberfläche erreichte, bildete er einen Hügel aus vulkanischem Material, der sich schließlich abkühlte, und die Diamanten sind darin enthalten. Dies sind die sogenannten Kimberliten, aus denen in der Regel viele der weltweit abgebauten Diamanten stammen.

Eines der Dinge, die wir daher über an die Oberfläche gebrachte Diamanten wissen, ist, dass der Prozess des Kimberlite-Ausbruchs, der die Diamanten vom oberen Mantel auf die Erdoberfläche brachte, sehr schnell geschehen musste, denn wenn sie unterwegs waren zu lang und zu langsam hätten sie sich auf dem Weg buchstäblich in Graphit verwandelt. Und so wurden sie durch schnelle Bewegungen im Wesentlichen in der Diamantstruktur verriegelt. Nachdem die Diamanten sehr schnell von hoher auf niedrige Temperatur gebracht wurden - und wir meinen, innerhalb weniger Stunden -, haben sich diese Eruptionen, diese Kimberlitpfeifen, möglicherweise mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 30 Meilen pro Stunde an die Oberfläche bewegt Stunde. Sobald die Diamanten an die Oberfläche gebracht und relativ schnell abgekühlt sind, sind diese Kohlenstoffatome an Ort und Stelle und Stelle und es gibt einfach nicht genug Energie, um sie jetzt in Graphit umzuwandeln.

Welche Rolle spielt Kohlenstoff bei der Bildung von Diamanten?

Diamanten bestehen aus Kohlenstoff, so dass sie sich bei hoher Temperatur und hohem Druck als Kohlenstoffatome bilden. Sie verbinden sich, um Kristalle zu züchten. Aufgrund der Temperatur und des Drucks binden unter diesen Bedingungen Kohlenstoffatome in dieser sehr starken Art der Bindung aneinander, wobei jedes Kohlenstoffatom an vier andere Kohlenstoffatome gebunden ist. Deshalb ist ein Diamant ein so hartes Material, weil jedes Kohlenstoffatom an vier dieser sehr starken kovalenten Bindungen beteiligt ist, die sich zwischen den Kohlenstoffatomen bilden. Als Ergebnis erhalten Sie dieses harte Material. Woher der Kohlenstoff kommt, wie schnell er wächst, das sind alles noch offene Fragen, aber offensichtlich sind die Bedingungen so, dass Sie eine Gruppe von Kohlenstoffatomen haben, die nahe genug beieinander liegen, dass sie anfangen, sich zu verbinden. Wenn sich andere Kohlenstoffatome in die Nähe bewegen, binden sie sich an. So wächst jeder Kristall. Es ist der Vorgang, bei dem Atome an ihrem Platz einrasten, der dieses sich wiederholende Netzwerk, diese Struktur von Kohlenstoffatomen, erzeugt, die schließlich so groß wird, dass Kristalle entstehen, die wir sehen können. Jeder dieser Kristalle, jeder Diamant, ein Karat Diamant, repräsentiert buchstäblich Milliarden und Abermilliarden von Kohlenstoffatomen, die alle an Ort und Stelle einrasten mussten, um diese sehr geordnete Kristallstruktur zu bilden.

Sie haben erwähnt, dass Wissenschaftler nicht wissen, woher der Kohlenstoff stammt. Was sind mögliche Quellen?

In einigen Fällen scheint der Kohlenstoff im Erdmantel entstanden zu sein, also Kohlenstoff, der sich bereits in der Erde befand. In anderen Fällen gibt es sehr merkwürdige Hinweise darauf, dass der Kohlenstoff in der Nähe der Erdoberfläche entstanden sein könnte. Man geht davon aus, dass dieser Kohlenstoff buchstäblich Kohlenstoff gewesen sein könnte, der Teil von Karbonatsedimenten oder Tieren, Pflanzen, Muscheln, was auch immer war, die durch den als Subduktion bezeichneten Plattentektonikmechanismus in den oberen Erdmantel hinuntergetragen wurden.

Wie lange dauert es, Diamanten zu formen?

Wir wissen wirklich nicht, wie lange es dauert. Es gab Versuche, Einschlüsse in verschiedenen Teilen von Diamanten zu datieren, und diese waren größtenteils erfolglos. Es kann sein, dass sich Diamanten über so kurze Zeiträume wie Tage, Wochen, Monate bis Millionen von Jahren bilden. Typischerweise ist es, wie bei vielen Kristallen, die auf der Erde wachsen, kein kontinuierlicher Prozess. Die Diamanten können anfangen zu wachsen und dann kann es aus irgendeinem Grund zu einer Unterbrechung kommen - zu einer Änderung der Bedingungen, der Temperatur, des Drucks, der Kohlenstoffquelle usw. - und sie könnten Millionen, Hunderte Millionen Jahre lang sitzen und dann wieder wachsen . Das ist ein Teil des Problems, wenn man versucht, ihnen eine Wachstumsphase aufzuzwingen. Dinge passieren nicht immer ununterbrochen auf der Erde.

Wir können im Labor Diamanten züchten und dort Bedingungen simulieren. Aber es gibt Dinge, die wir tun müssen, um Diamanten im Labor anzubauen, die nicht klar sind, wie es auf der Erde geschieht. Im Labor werden sie normalerweise angebaut, aber es gibt einen Katalysator. Einige Metalle werden oft hinzugefügt, um das Wachstum der Diamanten zu bewirken, aber diese Katalysatoren werden in den Diamanten vom oberen Erdmantel nicht beobachtet.

Wie alt sind Diamanten?

Alle Diamanten sind, soweit wir wissen, ziemlich alt auf der Erde. Die meisten Diamanten wurden wahrscheinlich in den ersten paar Milliarden Jahren der Erdgeschichte auf der Erde gebildet. Es wurden Diamantenvorkommen entdeckt, die jünger sind - der Stein selbst, der Kimberlit, ist vielleicht nur zehnhundert Millionen Jahre alt. Bei der Datierung von Diamanten werden normalerweise Einschlüsse anderer Mineralien im Diamanten untersucht, die radioaktiv datiert werden können. Die Diamanten selbst können nicht datiert werden. Aber wenn die Mineraleinschlüsse bestimmte Elemente wie Kalium und Dinge enthalten, die in einem radioaktiven Datierungsschema verwendet werden können, dann können Sie durch Datierung des Einschlusses in den Diamanten das Alter des Diamanten selbst einschätzen. Und diese Daten deuten immer darauf hin, dass die Diamanten ziemlich alt sind. Mindestens Hunderte Millionen Jahre alt, aber in den meisten Fällen Milliarden Jahre alt, irgendwo zwischen ein und drei Milliarden Jahre alt, eine Zeit, in der die Erde wahrscheinlich heißer war als heute, und daher waren die Bedingungen für das Diamantwachstum vielleicht angemessener.

Wie alt ist der berühmte Hope Diamond, der im Smithsonian Natural History Museum ausgestellt ist?

Der Hope-Diamant ist mindestens eine Milliarde Jahre alt. Sie sehen nicht das ursprüngliche Gestein, das die Diamanten an die Oberfläche getragen hat, aber sie haben einige Kimberliten in Indien gefunden, die Hinweise auf Diamanten in ihnen haben. Diese Kimberliten sind mindestens eine Milliarde Jahre alt. Das deutet darauf hin, dass der Hope-Diamant und ähnliche Diamanten, die in Indien gefunden wurden, vor mindestens einer Milliarde Jahren und vielleicht auch länger an die Oberfläche gebracht wurden. Wir können also sagen, dass der Hope Diamond mindestens eine Milliarde Jahre alt ist. Wenn man sich die Altersverteilung der meisten anderen Diamanten ansieht, ist das wahrscheinlich viel älter.

Was macht den Hope Diamond so ungewöhnlich?

Seine Größe und Farbe machen es sehr ungewöhnlich. Wenn Sie an die Geschichte der Diamantengewinnung denken, wurde bisher nur ein Diamant gefunden, der einen dunkelblauen Diamanten von der Größe und Qualität des Hope-Diamanten hervorgebracht hat. Das gibt Ihnen ein Gefühl dafür, wie ungewöhnlich und bemerkenswert es ist. Auch hier habe ich immer behauptet, dass es so bemerkenswert ist wie ein naturgeschichtliches Objekt, wie ein Produkt der Erde, wie ein vom Menschen geschliffener Edelstein. Die meiste Zeit, wenn Leute über den Hope Diamond schreiben, fangen sie damit an: "Nun, es wurde in Indien gefunden." Ein Teil des Punktes, den ich immer versuche, den Leuten nahe zu bringen, ist, dass die Geschichte viel früher begann. Viele Diamanten kommen nie an diesen Punkt, weil sie all diese Dinge, die passiert sein mussten, einfach nicht überlebt haben.

In Teil zwei erfahren Sie mehr über farbige Diamanten, wie Wissenschaftler im Labor synthetische Versionen anbauen und globale Bemühungen, den Verkauf von Konfliktdiamanten einzudämmen. Entdecken Sie im letzten Teil dieser dreiteiligen Serie die faszinierenden Geschichten hinter der Smithsonian-Sammlung.