Hvordan dannes diamanter?
Relatert innhold
- Diamanter avdekket
- Diamanter avdekket
Diamanter dannes dypt inne i jorden omtrent 100 mil under overflaten i den øvre mantelen. Det er klart det er veldig varmt i den delen av jorden. Det er mye trykk, vekten av den overliggende bergarten bærer ned, så kombinasjonen av høy temperatur og høyt trykk er det som er nødvendig for å dyrke diamantkrystaller i jorden. Så vidt vi vet, alle diamanter som dannet seg i jorden dannet under slike forhold, og det er selvfølgelig en del av jorden vi ikke direkte kan prøve. Vi har ingen måte å bore til den dybden eller på noen annen måte å reise ned til den øvre mantelen av jorden.
Hvordan reiser diamanter til jordoverflaten?
Diamantene som vi ser på overflaten er de som føres til overflaten av et veldig dypt sittende vulkanutbrudd. Det er en veldig spesiell type utbrudd, antatt å være ganske voldelig, som skjedde for lenge siden i jordens historie. Vi har ikke sett slike utbrudd i nyere tid. De var sannsynligvis i en tid da jorden var varmere, og det er sannsynligvis derfor disse utbruddene var dypere forankret. Disse utbruddene bar deretter de allerede dannede diamantene fra den øvre mantelen til jordoverflaten. Da utbruddet nådde overflaten, bygde det opp en haug med vulkansk materiale som til slutt ble avkjølt, og diamantene var inne i det. Dette er de såkalte Kimberlittene som typisk er kildene til mange av verdens utvinnede diamanter.
Noe av det vi vet om diamanter som ble brakt til overflaten, er at prosessen med utbruddet av Kimberlite som førte diamantene fra den øvre mantelen til jordoverflaten måtte skje veldig raskt, for hvis de skulle reise for lenge og for sakte ville de bokstavelig talt blitt til grafitt underveis. Og så ved å bevege seg raskt ble de i hovedsak låst på plass i diamantstrukturen. Når diamantene har blitt brakt fra høy temperatur til lav temperatur veldig raskt - og raskt, mener vi i løpet av timer - kan disse utbruddene, disse Kimberlitt-rørene som beveger seg til overflaten, ha kjørt med en hastighet på 20 til 30 mil pr. time. Når diamantene er brakt til overflaten og avkjølt relativt raskt, blir karbonatomene låst på plass, og det er bare ikke nok energi til å begynne å omorganisere dem til grafitt.
Hva er karbonens rolle i å danne diamanter?
Diamanter er laget av karbon, slik at de dannes som karbonatomer under høy temperatur og trykk; de binder seg sammen for å begynne å vokse krystaller. På grunn av temperaturen og trykket, under disse forholdene, vil karbonatomer binde seg til hverandre i denne veldig sterke typen binding hvor hvert karbonatom er bundet til fire andre karbonatomer. Derfor er en diamant et så hardt materiale fordi du har hvert karbonatom som deltar i fire av disse veldig sterke kovalente bindinger som dannes mellom karbonatomer. Så som et resultat får du dette harde materialet. Igjen hvor karbonet kommer fra, hvor raskt de vokser, dette er fortsatt åpne spørsmål, men forholdene er åpenbart slik at du har en gruppe karbonatomer som er i nær nok nærhet til at de begynner å binde seg. Når andre karbonatomer beveger seg i nærheten vil de feste seg på. Det er slik enhver krystall vokser. Det er prosessen med atomer som låser seg på plass som produserer dette repeterende nettverket, denne strukturen av karbonatomer, som til slutt blir stor nok til at den produserer krystaller som vi kan se. Hver av disse krystaller, hver diamant, en karat diamant, representerer bokstavelig talt milliarder og milliarder av karbonatomer som alle måtte låses på plass for å danne denne veldig ryddige krystallinske strukturen.
Du nevnte at forskere ikke vet hvor karbonet kommer fra. Hva er noen mulige kilder?
I noen tilfeller ser det ut til at karbonet har sin opprinnelse i jordens mantel, så karbon som allerede var i jorden. I andre tilfeller er det veldig nysgjerrig bevis som antyder at karbonet kan ha sin opprinnelse nær jordoverflaten. Tanken der er at dette karbonet bokstavelig talt kunne ha vært karbon som var en del av karbonatsedimenter eller dyr, planter, skjell, uansett hva som ble ført ned i jordens øvre mantel av platetektonikkmekanismen kalt subduksjon.
Hvor lang tid tar det diamanter å danne?
Vi vet egentlig ikke hvor lang tid det tar. Det har vært forsøk på å prøve å datere inneslutninger i forskjellige deler av diamanter, og de har stort sett ikke lyktes. Det kan være at diamanter dannes over perioder så kort tid som dager, uker, måneder til millioner av år. Som for mange krystaller som vokser på jorden, er det vanligvis ikke en kontinuerlig prosess. Diamantene kan begynne å vokse, og det kan være en avbrudd av en eller annen grunn - en endring i forhold, temperatur, trykk, kilden til karbon, uansett - og de kan sitte i millioner, hundrevis av millioner år, og deretter begynne å vokse igjen . Det er en del av problemet med å prøve å legge en slags vekstperiode på dem; ting skjer ikke alltid kontinuerlig på jorden.
Vi kan dyrke diamanter på laboratoriet, og vi kan simulere forhold der. Men det er ting vi må gjøre for å dyrke diamanter på laboratoriet som ikke er åpenbare med hensyn til hvordan det skjer i jorden. På laboratoriet er de vanligvis dyrket, men det er litt katalysator. Noen metaller blir ofte tilsatt for å få diamantene til å vokse, men disse samme katalysatorene blir ikke observert i diamantene fra jordens øvre mantel.
Hvor gamle er da diamanter?
Så vidt vi vet er alle diamanter ganske gamle på jorden. Mest diamantdannelse skjedde sannsynligvis i jorden i de første par milliarder årene av jordas historie. Det er diamantforekomster som er oppdaget som er yngre - selve bergarten, Kimberliten, er kanskje bare titusenvis av hundrevis av millioner år gammel. Måten de daterer diamanter på er vanligvis å se på inneslutninger av andre mineraler i diamanten som kan dateres radioaktivt. Selve diamantene kan ikke dateres. Men hvis mineralinneslutningene inneholder visse elementer som kalium og ting som kan brukes i en radioaktiv dateringsordning, så får du en viss følelse av selve diamantens alder ved å datere inkluderingen i diamanten. Og disse datoene antyder alltid at diamantene er ganske gamle. Minst hundrevis av millioner av år gammel, men i de fleste tilfeller milliarder av år gammel, alt fra en til tre milliarder år gammel, en tid da jorden sannsynligvis var varmere enn den er i dag, og så forholdene kanskje var mer passende for diamantvekst.
Hvor gammel er den berømte Hope Diamond utstilt på Smithsonians Natural History Museum?
Hope-diamanten er minst en milliard år gammel. Du ser ikke den opprinnelige berget som bar diamantene til overflaten, men de har funnet noen Kimberlitter i India som har bevis på at diamanter er i dem. De Kimberlittene er minst en milliard år gamle. Så det antyder at Hope-diamanten og lignende diamanter som ble funnet i India ble brakt til overflaten for minst en milliard år siden og kanskje lenger. Så vi er komfortable med å si at Hope Diamond er minst en milliard år gammel. Når du ser på aldersspredningen for de fleste andre diamanter, er det sannsynligvis mye eldre enn det.
Hva gjør Hope Diamond så uvanlig?
Størrelsen og fargen gjør den veldig uvanlig. Når du tenker på historien til mennesker som gruver diamanter, har det bare blitt funnet en diamant som har produsert en mørkeblå diamant på størrelse og kvalitet på Hope Diamond. Det gir deg en viss følelse av hvor uvanlig og hvor bemerkelsesverdig det er. Igjen, jeg har alltid hevdet at det er så bemerkelsesverdig som et naturhistorisk objekt, som et produkt av jorden, som det er en menneskeskåret edelsten. Det meste av tiden når folk skriver om Hope Diamond begynner de med, "Vel, det ble funnet i India." En del av poenget jeg alltid prøver å gjøre for folk er egentlig historien begynte mye før. Mange diamanter kommer aldri til det punktet fordi de bare ikke overlevde alle disse tingene som måtte ha skjedd.
I del to, lær om fargede diamanter, hvordan forskere dyrker syntetiske versjoner i laboratoriet og global innsats for å dempe salget av konfliktdiamanter. I den siste delen av denne tredelte serien, oppdag de fascinerende historiene bak Smithsonians samling.
