Jak powstają diamenty?
powiązana zawartość
- Diamenty odkryte
- Diamenty odkryte
Diamenty powstają głęboko w Ziemi około 100 mil pod powierzchnią w górnym płaszczu. Oczywiście w tej części Ziemi jest bardzo gorąco. Występuje duża presja, ciężar opadającej skały, więc połączenie wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia jest tym, co jest niezbędne do hodowli kryształów diamentów na Ziemi. O ile wiemy, wszystkie diamenty, które powstały na Ziemi, powstały w takich warunkach i, oczywiście, jest to część Ziemi, której nie możemy bezpośrednio pobrać próbek. Nie mamy żadnego sposobu wiercenia na taką głębokość ani żadnego innego sposobu podróży w dół do górnego płaszcza Ziemi.
Jak diamenty przemieszczają się na powierzchnię Ziemi?
Diamenty, które widzimy na powierzchni, to te, które są wydobywane na powierzchnię przez bardzo głęboko osadzoną erupcję wulkaniczną. To bardzo szczególny rodzaj erupcji, uważanej za dość gwałtowną, która miała miejsce dawno temu w historii Ziemi. W ostatnich czasach nie widzieliśmy takich erupcji. Prawdopodobnie miały miejsce w czasie, gdy ziemia była cieplejsza, i prawdopodobnie dlatego te erupcje były głębiej zakorzenione. Erupcje te doprowadziły następnie uformowane już diamenty z górnego płaszcza na powierzchnię Ziemi. Kiedy erupcja dotarła do powierzchni, zbudowała kopiec materiału wulkanicznego, który ostatecznie ostygł, a diamenty są w nim zawarte. Są to tak zwane Kimberlity, które są zazwyczaj źródłem wielu wydobywanych diamentów na świecie.
Dlatego jedną z rzeczy, które wiemy na temat diamentów, które zostały wyniesione na powierzchnię, jest to, że proces erupcji Kimberlite przenoszącej diamenty z górnego płaszcza na powierzchnię Ziemi musiał nastąpić bardzo szybko, ponieważ gdyby podróżowali zbyt długo i zbyt wolno po drodze dosłownie zamieniłyby się w grafit. I tak, poruszając się szybko, w zasadzie zablokowali się w strukturze diamentu. Po tym, jak diamenty zostały bardzo szybko sprowadzone z wysokiej temperatury do niskiej temperatury - i szybko mamy na myśli w ciągu kilku godzin - te erupcje, te rury Kimberlite poruszające się na powierzchnię, mogły przemieszczać się z prędkością od 20 do 30 mil na godzina. Gdy diamenty zostaną wyniesione na powierzchnię i stosunkowo szybko schłodzone, te atomy węgla zostają zablokowane na swoim miejscu i po prostu nie ma wystarczającej ilości energii, aby zacząć układać je w grafit.
Jaka jest rola węgla w tworzeniu diamentów?
Diamenty są wykonane z węgla, więc tworzą się jako atomy węgla w wysokiej temperaturze i ciśnieniu; łączą się, aby zacząć hodować kryształy. Z powodu temperatury i ciśnienia w tych warunkach atomy węgla będą się ze sobą wiązać w tym bardzo silnym rodzaju wiązania, w którym każdy atom węgla jest związany z czterema innymi atomami węgla. Właśnie dlatego diament jest tak twardym materiałem, ponieważ każdy atom węgla uczestniczy w czterech z tych bardzo silnych wiązań kowalencyjnych, które tworzą się między atomami węgla. W rezultacie otrzymujesz ten twardy materiał. Ponownie, skąd pochodzi węgiel, jak szybko rośnie, wszystkie są wciąż otwartymi pytaniami, ale oczywiście warunki są takie, że masz grupę atomów węgla, które są wystarczająco blisko, aby zaczęły się wiązać. Gdy inne atomy węgla poruszają się w pobliżu, przyłączają się. W ten sposób rośnie każdy kryształ. Jest to proces blokowania się atomów, który wytwarza tę powtarzalną sieć, tę strukturę atomów węgla, która ostatecznie rośnie na tyle duża, że wytwarza kryształy, które możemy zobaczyć. Każdy z tych kryształów, każdy diament, jeden karatowy diament, reprezentuje dosłownie miliardy i miliardy atomów węgla, które wszystkie musiały się zablokować, aby utworzyć tę bardzo uporządkowaną strukturę krystaliczną.
Wspomniałeś, że naukowcy nie wiedzą, skąd pochodzi węgiel. Jakie są możliwe źródła?
W niektórych przypadkach wydaje się, że węgiel powstał w płaszczu Ziemi, więc węgiel był już na Ziemi. W innych przypadkach istnieją bardzo ciekawe dowody sugerujące, że węgiel mógł powstać w pobliżu powierzchni Ziemi. Uważa się, że węgiel ten mógł być dosłownie węglem, który był częścią osadów węglanowych lub zwierząt, roślin, muszli, cokolwiek innego, który został zniesiony do górnego płaszcza Ziemi przez mechanizm tektoniczny płyty zwany subdukcją.
Jak długo trwa formowanie diamentów?
Naprawdę nie wiemy, jak długo to potrwa. Próbowano datować inkluzje w różnych częściach diamentów, które w dużej mierze zakończyły się niepowodzeniem. Być może diamenty tworzą się w okresach tak krótkich jak dni, tygodnie, miesiące do milionów lat. Zazwyczaj, jak w przypadku wielu kryształów rosnących na Ziemi, nie jest to proces ciągły. Diamenty mogą zacząć rosnąć, a następnie może nastąpić przerwa z jakiegoś powodu - zmiana warunków, temperatury, ciśnienia, źródła węgla, cokolwiek - i mogą siedzieć przez miliony, setki milionów lat, a następnie znów zaczną rosnąć . To część problemu, jakim jest próba wprowadzenia na nich pewnego rodzaju okresu wzrostu; rzeczy nie zawsze występują na Ziemi w sposób ciągły.
Możemy hodować diamenty w laboratorium i możemy symulować tam warunki. Ale są rzeczy, które musimy zrobić, aby hodować diamenty w laboratorium, które nie są oczywiste, jak to się dzieje na Ziemi. W laboratorium są zwykle hodowane, ale jest trochę katalizatora. Niektóre metale są często dodawane, aby spowodować wzrost diamentów, ale tych samych katalizatorów nie obserwuje się w diamentach z górnego płaszcza Ziemi.
Ile lat mają wtedy diamenty?
Wszystkie diamenty, o ile wiemy, są dość stare na Ziemi. Większość formacji diamentów prawdopodobnie miała miejsce na Ziemi w ciągu pierwszych kilku miliardów lat historii Ziemi. Istnieją odkryte złoża diamentów, które są młodsze - sama skała, Kimberlite, ma prawdopodobnie dziesiątki setek milionów lat. Sposób, w jaki datują diamenty, zazwyczaj polega na włączeniu innych minerałów w diament, które można datować radioaktywnie. Same diamenty nie mogą być datowane. Ale jeśli inkluzje mineralne zawierają pewne pierwiastki, takie jak potas i rzeczy, które mogą być użyte w radioaktywnym schemacie datowania, to datując włączenie do diamentu, można poczuć wiek samego diamentu. A te daty zawsze sugerują, że diamenty są dość stare. Co najmniej setki milionów lat, ale w większości przypadków miliardy lat, w wieku od jednego do trzech miliardów lat, czas, kiedy Ziemia była prawdopodobnie cieplejsza niż obecnie, a więc warunki były może bardziej odpowiednie dla wzrostu diamentów.
Ile lat ma słynny Diament Nadziei na wystawie w Muzeum Historii Naturalnej Smithsoniana?
Diament Hope ma co najmniej miliard lat. Nie widzisz oryginalnej skały, która unosiła diamenty na powierzchnię, ale znaleźli w Indiach niektóre Kimberlite, które mają w nich ślady diamentów. Te Kimberlites mają co najmniej miliard lat. To sugeruje, że diament Hope i podobne diamenty znalezione w Indiach zostały wynurzone na powierzchnię co najmniej miliard lat temu, a być może jeszcze dłużej. Bez problemu stwierdzamy, że Diament Nadziei ma co najmniej miliard lat. Kiedy spojrzysz na rozkład wieku większości innych diamentów, prawdopodobnie jest to o wiele starsze.
Co sprawia, że Hope Diamond jest tak niezwykły?
Jego rozmiar i kolor sprawiają, że jest to niezwykłe. Kiedy myślisz o historii ludzi wydobywających diamenty, znaleziono tylko jeden diament, który wyprodukował ciemnoniebieski diament wielkości i jakości Diamentu Nadziei. To daje ci poczucie tego, jak niezwykłe i niezwykłe jest. Ponownie zawsze twierdziłem, że jest tak niezwykły jak naturalny obiekt historii, jako produkt Ziemi, ponieważ jest to kamień szlifowany przez człowieka. Przez większość czasu, kiedy ludzie piszą o Diamentie Nadziei, zaczynają od: „Cóż, znaleziono go w Indiach”. Częścią tego, co zawsze staram się przekazać ludziom, jest to, że historia zaczęła się znacznie wcześniej. Wiele diamentów nigdy nie osiąga tego punktu, ponieważ po prostu nie przetrwały wszystkich rzeczy, które musiały się wydarzyć.
W części drugiej dowiedz się o kolorowych diamentach, w jaki sposób naukowcy hodują syntetyczne wersje w laboratorium oraz o globalnych wysiłkach na rzecz ograniczenia sprzedaży diamentów będących w konflikcie. W ostatniej części tej trzyczęściowej serii odkryj fascynujące historie związane z kolekcją Smithsonian.
