Hoe worden diamanten gevormd?
gerelateerde inhoud
- Opgespoorde diamanten
- Opgespoorde diamanten
Diamanten worden diep in de aarde ongeveer 100 mijl of zo onder het oppervlak in de bovenste mantel gevormd. Het is duidelijk dat het in dat deel van de aarde erg heet is. Er is veel druk, het gewicht van het bovenliggende gesteente daalt, dus die combinatie van hoge temperatuur en hoge druk is wat nodig is om diamantkristallen in de aarde te laten groeien. Voor zover we weten, vormden alle diamanten die zich in de aarde vormden onder dat soort omstandigheden en dat is natuurlijk een deel van de aarde dat we niet rechtstreeks kunnen bemonsteren. We hebben geen enkele manier om die diepte te boren of een andere manier om naar de bovenste mantel van de aarde te reizen.
Hoe reizen diamanten naar het aardoppervlak?
De diamanten die we aan de oppervlakte zien, zijn degenen die naar de oppervlakte worden gebracht door een zeer diepgewortelde vulkaanuitbarsting. Het is een heel speciaal soort uitbarsting, waarvan wordt gedacht dat ze behoorlijk gewelddadig is, die lang geleden in de geschiedenis van de aarde plaatsvond. We hebben dergelijke uitbarstingen de laatste tijd niet gezien. Ze waren waarschijnlijk in een tijd dat de aarde heter was, en dat is waarschijnlijk de reden waarom die uitbarstingen dieper geworteld waren. Deze uitbarstingen brachten vervolgens de reeds gevormde diamanten van de bovenste mantel naar het aardoppervlak. Toen de uitbarsting het oppervlak bereikte, bouwde het een hoop vulkanisch materiaal op dat uiteindelijk afkoelde, en de diamanten zijn daarin vervat. Dit zijn de zogenaamde Kimberlites die typisch de bronnen zijn van veel van de gedolven diamanten in de wereld.
Een van de dingen die we daarom weten over alle diamanten die naar de oppervlakte zijn gebracht, is dat het proces van de Kimberlite-uitbarsting die de diamanten van de bovenste mantel naar het oppervlak van de aarde bracht, heel snel moest gebeuren, want als ze reisden te lang en te langzaam zouden ze onderweg letterlijk grafiet zijn geworden. En dus door snel te bewegen, kwamen ze in wezen op hun plaats vast te zitten in de diamantstructuur. Zodra de diamanten zeer snel van hoge temperatuur naar lage temperatuur zijn gebracht - en met snel bedoelen we in enkele uren - deze uitbarstingen, deze Kimberlite-buizen die naar de oppervlakte bewegen, hebben zich mogelijk voortbewogen met snelheden van 20 tot 30 mijl per uur. Zodra de diamanten naar het oppervlak zijn gebracht en relatief snel zijn afgekoeld, worden die koolstofatomen op hun plaats vergrendeld en is er gewoon niet genoeg energie om ze nu in grafiet te herschikken.
Wat is de rol van koolstof bij het vormen van diamanten?
Diamanten zijn gemaakt van koolstof, dus ze vormen zich als koolstofatomen onder een hoge temperatuur en druk; ze binden elkaar om kristallen te laten groeien. Vanwege de temperatuur en druk zullen onder deze omstandigheden koolstofatomen aan elkaar binden in dit zeer sterke type binding waarbij elk koolstofatoom is gebonden aan vier andere koolstofatomen. Dat is de reden waarom een diamant zo'n hard materiaal is omdat je elk koolstofatoom deelneemt aan vier van deze zeer sterke covalente bindingen die zich tussen koolstofatomen vormen. Dus als resultaat krijg je dit harde materiaal. Nogmaals, waar de koolstof vandaan komt, hoe snel ze groeien, dat zijn allemaal nog open vragen, maar de omstandigheden zijn duidelijk zodanig dat je een groep koolstofatomen hebt die dicht genoeg bij elkaar in de buurt zijn om te binden. Terwijl andere koolstofatomen de omgeving in gaan, zullen ze zich hechten. Dat is de manier waarop elk kristal groeit. Het is het proces van atomen die op hun plaats vergrendelen die dit zich herhalende netwerk voortbrengt, deze structuur van koolstofatomen, die uiteindelijk zo groot wordt dat het kristallen produceert die we kunnen zien. Elk van deze kristallen, elke diamant, één karaatdiamant, vertegenwoordigt letterlijk miljarden en miljarden koolstofatomen die allemaal op hun plaats moesten blijven om deze zeer geordende kristallijne structuur te vormen.
U zei dat wetenschappers niet weten waar de koolstof vandaan komt. Wat zijn enkele mogelijke bronnen?
In sommige gevallen lijkt de koolstof te zijn ontstaan in de mantel van de aarde, dus koolstof die al in de aarde aanwezig was. In andere gevallen is er heel nieuwsgierig bewijs dat suggereert dat de koolstof mogelijk is ontstaan in de buurt van het aardoppervlak. Het denken daar is dat deze koolstof letterlijk koolstof kon zijn die deel uitmaakte van carbonaatsedimenten of dieren, planten, schelpen, wat dan ook, die werd meegenomen naar de bovenste mantel van de aarde door het platentektoniekmechanisme dat subductie wordt genoemd.
Hoe lang duurt het om diamanten te vormen?
We weten echt niet hoe lang het duurt. Er zijn pogingen gedaan om insluitsels in verschillende delen van diamanten te dateren, en die zijn grotendeels mislukt. Het kan zijn dat diamanten zich vormen over periodes die zo kort zijn als dagen, weken, maanden tot miljoenen jaren. Gewoonlijk is het, zoals bij veel kristallen die op aarde groeien, geen continu proces. De diamanten kunnen beginnen te groeien en dan kan er om een of andere reden een onderbreking zijn - een verandering in omstandigheden, temperatuur, druk, koolstofbron, wat dan ook - en ze kunnen miljoenen, honderden miljoenen jaren blijven zitten en dan weer beginnen te groeien . Dat is een deel van het probleem om te proberen een soort van een groeiperiode op hen te zetten; dingen gebeuren niet altijd continu op aarde.
We kunnen diamanten kweken in het laboratorium en daar kunnen we de omstandigheden simuleren. Maar er zijn dingen die we moeten doen om diamanten in het laboratorium te laten groeien die niet duidelijk zijn hoe dit op aarde gebeurt. In het laboratorium worden ze meestal gekweekt, maar er is wat katalysator. Sommige metalen worden vaak toegevoegd om de diamanten te laten groeien, maar dezelfde katalysatoren worden niet waargenomen in de diamanten van de bovenste mantel van de aarde.
Hoe oud zijn diamanten dan?
Alle diamanten zijn, voor zover wij weten, vrij oud op de aarde. De meeste diamantvorming vond waarschijnlijk plaats in de aarde in de eerste paar miljard jaar van de geschiedenis van de aarde. Er zijn diamantafzettingen ontdekt die jonger zijn - de rots zelf, de Kimberlite, is misschien slechts tientallen honderden miljoenen jaren oud. De manier waarop ze diamanten dateren is meestal kijken naar insluitsels van andere mineralen in de diamant die radioactief kunnen worden gedateerd. De diamanten zelf kunnen niet worden gedateerd. Maar als de minerale insluitsels bepaalde elementen bevatten zoals kalium en dingen die kunnen worden gebruikt in een radioactief datingschema, dan krijgt u door een idee van de leeftijd in de diamant zelf een idee van de leeftijd van de diamant zelf. En die data suggereren altijd dat de diamanten vrij oud zijn. Minstens honderden miljoenen jaren oud, maar in de meeste gevallen miljarden jaren oud, ergens van één tot drie miljard jaar oud, een tijd waarin de aarde waarschijnlijk warmer was dan nu en daarom waren de omstandigheden misschien geschikter voor diamantgroei.
Hoe oud is de beroemde Hope Diamond te zien in Smithsonian's Natural History Museum?
De Hope-diamant is minstens een miljard jaar oud. Je ziet niet de originele rots die de diamanten naar de oppervlakte droeg, maar ze hebben enkele Kimberlieten in India gevonden die wel bewijs van diamanten bevatten. Die Kimberlites zijn ten minste een miljard jaar oud. Dus dat suggereert dat de Hope-diamant en soortgelijke diamanten die in India zijn gevonden, minstens een miljard jaar geleden en misschien langer geleden naar de oppervlakte zijn gebracht. Dus we kunnen gerust zeggen dat de Hope Diamond minstens een miljard jaar oud is. Als je kijkt naar de leeftijdsverdeling van de meeste andere diamanten, is het waarschijnlijk veel ouder dan dat.
Wat maakt de Hope Diamond zo ongewoon?
De grootte en kleur maken het zeer ongebruikelijk. Als je denkt aan de geschiedenis van mensen die diamanten delven, is er ooit maar één diamant gevonden die een donkerblauwe diamant heeft geproduceerd met de grootte en kwaliteit van de Hope Diamond. Dat geeft je enig idee van hoe ongewoon en hoe opmerkelijk het is. Nogmaals, ik heb altijd beweerd dat het net zo opmerkelijk is als een natuurhistorisch object, als een product van de aarde, omdat het een door mensen geslepen edelsteen is. Meestal schrijven mensen over de Hope Diamond waarmee ze beginnen: "Wel, het werd gevonden in India." Een deel van het punt dat ik altijd probeer te maken voor mensen is echt dat het verhaal veel eerder begon. Veel diamanten komen nooit op dat punt omdat ze gewoon niet al deze dingen die moesten gebeuren hebben overleefd.
In deel twee, leer je over gekleurde diamanten, hoe wetenschappers synthetische versies in het lab laten groeien en over wereldwijde inspanningen om de verkoop van conflictdiamanten te beteugelen. Ontdek in de laatste aflevering van deze driedelige serie de fascinerende verhalen achter de Smithsonian's collectie.
