Wie entstehen Diamanten?

Diamanten werden tief in der Erde etwa 100 Meilen oder so unter der Oberfläche im oberen Mantel gebildet. Offensichtlich ist es in diesem Teil der Erde sehr heiß. Es gibt eine Menge Druck, das Gewicht des darüber liegenden Gesteins, das nach unten trägt, so dass die Kombination von hoher Temperatur und hohem Druck notwendig ist, um Diamantkristalle in der Erde zu wachsen., Soweit wir wissen, bildeten sich alle Diamanten, die sich auf der Erde bildeten, unter solchen Bedingungen, und natürlich ist dies ein Teil der Erde, den wir nicht direkt probieren können. Wir haben keine Möglichkeit, in diese Tiefe zu bohren oder auf andere Weise in den oberen Erdmantel zu reisen.

Wie gelangen Diamanten an die Erdoberfläche?

Die Diamanten, die wir an der Oberfläche sehen, werden dann durch einen sehr tiefsitzenden Vulkanausbruch an die Oberfläche gebracht. Es ist eine ganz besondere Art von Eruption, von der angenommen wird, dass sie ziemlich heftig ist und die vor langer Zeit in der Erdgeschichte stattgefunden hat., Wir haben solche Eruptionen in letzter Zeit nicht gesehen. Sie waren wahrscheinlich zu einer Zeit, als die Erde heißer war, und deshalb waren diese Eruptionen wahrscheinlich tiefer verwurzelt. Diese Eruptionen trugen dann die bereits gebildeten Diamanten vom oberen Mantel zur Erdoberfläche. Als der Ausbruch die Oberfläche erreichte, baute er einen Hügel aus vulkanischem Material auf, der schließlich abkühlte, und die Diamanten sind darin enthalten. Dies sind die sogenannten Kimberlite, die typischerweise die Quellen vieler der weltweit abgebauten Diamanten sind.,

Eines der Dinge, die wir daher über Diamanten wissen, die an die Oberfläche gebracht wurden, ist, dass der Prozess des Kimberlit-Ausbruchs, der die Diamanten vom oberen Mantel an die Erdoberfläche bringt, sehr schnell stattfinden musste, denn wenn sie zu lange und zu langsam gereist wären, hätten sie sich auf dem Weg buchstäblich in Graphit verwandelt. Und so wurden sie, indem sie sich schnell bewegten, im Wesentlichen in die Diamantstruktur eingeschlossen., Sobald die Diamanten sehr schnell von hoher Temperatur auf niedrige Temperatur gebracht wurden—und zwar schnell, meinen wir in wenigen Stunden -, waren diese Eruptionen, diese Kimberlit-Rohre, die sich an die Oberfläche bewegten, möglicherweise mit Raten von 20 bis 30 Meilen pro Stunde unterwegs. Sobald die Diamanten an die Oberfläche gebracht und relativ schnell abgekühlt sind, sind diese Kohlenstoffatome an Ort und Stelle eingeschlossen 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 unter hoher Temperatur und hohem Druck als Kohlenstoffatome bilden; Sie verbinden sich zu wachsenden Kristallen. Aufgrund der Temperatur und des Drucks verbinden sich unter diesen Bedingungen Kohlenstoffatome in dieser sehr starken Art der Bindung miteinander, 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 Kohlenstoffatomen bilden. Als Ergebnis erhalten Sie dieses harte Material., Auch hier, wo der Kohlenstoff herkommt, wie schnell sie wachsen, das sind alles noch offene Fragen, aber offensichtlich sind die Bedingungen so, dass Sie eine Gruppe von Kohlenstoffatomen haben, die sich in der Nähe befinden, dass sie sich zu verbinden beginnen. Wenn sich andere Kohlenstoffatome in die Nähe bewegen, werden sie sich anhaften. So wächst jeder Kristall. Es ist der Prozess des Einsperrens von Atomen, der dieses sich wiederholende Netzwerk, diese Struktur von Kohlenstoffatomen, erzeugt, das schließlich groß genug wird, dass es Kristalle produziert, die wir sehen können., Jeder dieser Kristalle, jeder Diamant, ein Karat Diamant, repräsentiert buchstäblich Milliarden und Milliarden von Kohlenstoffatomen, die alle an Ort und Stelle einrasten mussten, um diese sehr geordnete kristalline Struktur zu bilden.

Sie haben erwähnt, dass Wissenschaftler nicht wissen, woher der Kohlenstoff kommt. Was sind einige 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., Das Denken dort ist, dass dieser Kohlenstoff buchstäblich Kohlenstoff gewesen sein könnte, der Teil von Karbonatsedimenten oder Tieren, Pflanzen, Muscheln, was auch immer war, der durch den Plattentektonikmechanismus, der Subduktion genannt wurde, in den oberen Erdmantel der Erde getragen wurde.

Wie lange dauert es, Diamanten zu bilden?

Wir wissen wirklich nicht, wie lange es dauert. Es gab Versuche, Einschlüsse in verschiedenen Teilen von Diamanten zu datieren, und diese waren weitgehend 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—eine Änderung der Bedingungen, Temperatur, Druck, Kohlenstoffquelle usw.-und sie könnten Millionen, Hunderte von Millionen von Jahren sitzen und dann wieder wachsen. Das ist Teil des Problems zu versuchen, eine Art Wachstumsperiode auf sie zu legen; Dinge treten nicht immer kontinuierlich auf der Erde auf.

Wir können Diamanten im Labor anbauen und dort Bedingungen simulieren., Aber es gibt Dinge, die wir tun müssen, um Diamanten im Labor anzubauen, die nicht offensichtlich sind, wie es in der Erde passiert. Im Labor werden sie normalerweise angebaut, aber es gibt einen Katalysator. Einige Metalle werden oft hinzugefügt, um die Diamanten wachsen zu lassen, aber diese gleichen Katalysatoren werden in den Diamanten aus dem oberen Mantel der Erde nicht beobachtet.

Wie alt sind Diamanten?

Alle Diamanten sind, soweit wir wissen, ziemlich alt auf der Erde. Die meiste Diamantbildung fand wahrscheinlich in den ersten paar Milliarden Jahren der Erdgeschichte auf der Erde statt., Es wurden Diamantvorkommen entdeckt, die jünger sind—der Fels selbst, der Kimberlit, ist vielleicht nur einige hundert Millionen Jahre alt. Die Art, wie sie Diamanten datieren, betrachtet typischerweise Einschlüsse anderer Mineralien im Diamanten, die radioaktiv datiert werden können. Die Diamanten selbst können nicht datiert werden. Aber wenn die mineralischen Einschlüsse bestimmte Elemente wie Kalium und Dinge enthalten, die in einem radioaktiven verwendet werden können Dating Schema, dann durch Dating Die Aufnahme in den Diamanten erhalten Sie ein Gefühl für das Alter des Diamanten selbst., Und diese Daten deuten immer darauf hin, dass die Diamanten ziemlich alt sind. Mindestens Hunderte von Millionen von Jahren alt, aber in den meisten Fällen Milliarden von Jahren alt, irgendwo von ein bis drei Milliarden Jahre alt, eine Zeit, als die Erde wahrscheinlich heißer war als heute und so Bedingungen waren vielleicht besser geeignet für Diamantwachstum.

Wie alt ist der berühmte Hope Diamond im Smithsonian ‚ s Natural History Museum?

Der Hope Diamond ist mindestens eine Milliarde Jahre alt., Sie sehen nicht den ursprünglichen Felsen, der die Diamanten an die Oberfläche trug, aber sie haben einige Kimberlite in Indien gefunden, die Beweise für Diamanten in ihnen haben. Diese Kimberliten sind mindestens eine Milliarde Jahre alt. Das deutet also darauf hin, dass der Hope Diamond und ähnliche Diamanten, die in Indien gefunden wurden, vor mindestens einer Milliarde Jahren und vielleicht vor längerer Zeit an die Oberfläche gebracht wurden. Wir können also bequem sagen, dass der Hope Diamond mindestens eine Milliarde Jahre alt ist. Wenn man sich die Altersspanne der meisten anderen Diamanten anschaut, ist es wahrscheinlich viel älter als das.

Was macht den Hope Diamond so ungewöhnlich?,

Seine Größe und Farbe machen es sehr ungewöhnlich. Wenn Sie an die Geschichte der Menschen denken, die Diamanten abbauen, wurde jemals nur ein Diamant gefunden, der einen dunkelblauen Diamanten von der Größe und Qualität des Hope Diamond hervorgebracht hat. Das gibt Ihnen ein Gefühl dafür, wie ungewöhnlich und wie bemerkenswert es ist. Auch hier habe ich immer argumentiert, dass es so bemerkenswert ist wie ein naturhistorisches Objekt, wie ein Produkt der Erde, wie es ein menschlicher Edelstein ist. Die meiste Zeit, wenn Leute über den Hope Diamond schreiben, mit dem sie beginnen, “ Nun, es wurde in Indien gefunden.,“Ein Teil des Punktes, den ich immer versuchen, die Menschen zu machen ist wirklich die Geschichte begann viel früher. Viele Diamanten kommen nie zu diesem Punkt, weil sie all diese Dinge, die passiert sein mussten, einfach nicht überlebt haben.

Im zweiten Teil erfahren Sie mehr über farbige Diamanten, wie Wissenschaftler synthetische Versionen im Labor anbauen und globale Bemühungen, den Verkauf von Konfliktdiamanten einzudämmen. Entdecken Sie im letzten Teil dieser dreiteiligen Serie die faszinierenden Geschichten hinter the Smithsonian ‚ s Collection.