Hvordan dannes diamanter?
Relateret indhold
- Diamanter afsløret
- Diamanter afsløret
Diamanter dannes dybt inde i Jorden cirka 100 mil under overfladen i den øverste mantel. Det er klart, at i den del af Jorden er det meget varmt. Der er meget pres, vægten af den overliggende sten bærer ned, så kombinationen af høj temperatur og højt tryk er det, der er nødvendigt for at dyrke diamantkrystaller i Jorden. Så vidt vi ved, dannede alle diamanter, der dannede sig i Jorden under sådanne betingelser, og det er naturligvis en del af Jorden, som vi ikke direkte kan prøve. Vi har ikke nogen måde at bore til den dybde eller nogen anden måde at rejse ned til den øverste kappe af Jorden.
Hvordan rejser diamanter til jordoverfladen?
De diamanter, som vi ser ved overfladen, er dem, der derefter bringes til overfladen ved et meget dybt siddende vulkanudbrud. Det er en meget speciel slags udbrud, der antages at være ret voldelig, der opstod for længe siden i jordens historie. Vi har ikke set sådanne udbrud i nyere tid. De var sandsynligvis på et tidspunkt, hvor jorden var varmere, og det er sandsynligvis grunden til, at disse udbrud var mere dybt rodfæstede. Disse udbrud transporterede derefter de allerede dannede diamanter fra den øverste mantel til jordoverfladen. Da udbruddet nåede overfladen opbyggede det en haug af vulkansk materiale, der til sidst afkøles, og diamanterne er indeholdt deri. Dette er de såkaldte Kimberlitter, der typisk er kilderne til mange af verdens udvindede diamanter.
En af de ting, vi derfor ved om alle diamanter, der blev bragt til overfladen, er, at processen med udbruddet i Kimberlite, der førte diamanterne fra den øvre kappe til jordoverfladen, måtte ske meget hurtigt, for hvis de rejste for lang og for langsomt ville de bogstaveligt talt være blevet grafit undervejs. Og så ved at bevæge sig hurtigt fik de i bund og grund låst på plads i diamantstrukturen. Når diamanterne er blevet bragt fra høj temperatur til lav temperatur meget hurtigt - og hurtigt mener vi i løbet af få timer - kan disse udbrud, disse Kimberlite-rør, der bevæger sig til overfladen, have kørt med en hastighed på 20 til 30 miles pr. time. Når diamanterne er bragt til overfladen og afkølet relativt hurtigt, låses disse kulstofatomer på plads, og der er bare ikke nok energi til nu at begynde at omarrangere dem til grafit.
Hvad er carbon's rolle i dannelse af diamanter?
Diamanter er lavet af kulstof, så de dannes som kulstofatomer under en høj temperatur og tryk; de binder sig sammen for at begynde at vokse krystaller. På grund af temperaturen og trykket, under disse betingelser, vil carbonatomer binde til hinanden i denne meget stærke type binding, hvor hvert carbonatom er bundet til fire andre carbonatomer. Derfor er en diamant et så hårdt materiale, fordi du har hvert carbonatom, der deltager i fire af disse meget stærke kovalente bindinger, der dannes mellem carbonatomer. Så som et resultat får du dette hårde materiale. Igen, hvor kulstoffet kommer fra, hvor hurtigt de vokser, det er alle stadig åbne spørgsmål, men forholdene er naturligvis sådanne, at du har en gruppe af kulstofatomer, der er tæt nok til, at de begynder at binde. Når andre kulstofatomer bevæger sig i nærheden, vil de fastgøre på. Det er sådan, enhver krystal vokser. Det er processen med atomer, der låser sig på plads, der producerer dette gentagne netværk, denne struktur af carbonatomer, der til sidst vokser sig store nok til, at det producerer krystaller, som vi kan se. Hver af disse krystaller, hver diamant, en karat diamant, repræsenterer bogstaveligt talt milliarder og milliarder af carbonatomer, som alle skulle låses på plads for at danne denne meget ordnede krystallinske struktur.
Du nævnte, at forskere ikke ved, hvor kulstoffet kommer fra. Hvad er nogle mulige kilder?
I nogle tilfælde ser kulstoffet ud til at have sin oprindelse i jordens mantel, så kulstof, der allerede var i Jorden. I andre tilfælde er der meget nysgerrig bevis på, at kulstoffet kan have oprindelse nær jordoverfladen. Der tænker der, at dette kulstof bogstaveligt talt kunne have været kulstof, der var en del af karbonatsedimenter eller dyr, planter, skaller, uanset hvad, der blev ført ned i den øverste kappe af Jorden af pladetektonikmekanismen kaldet subduktion.
Hvor lang tid tager det diamanter at danne?
Vi ved virkelig ikke, hvor lang tid det tager. Der har været forsøg på at datere indeslutninger i forskellige dele af diamanter, og disse har stort set været succesrige. Det kan være, at diamanter dannes over perioder så kort tid som dage, uger, måneder til millioner af år. Som med mange krystaller, der vokser på Jorden, er det typisk ikke en kontinuerlig proces. Diamanterne begynder muligvis at vokse, og derefter kan der være en afbrydelse af en eller anden grund - en ændring i forhold, temperatur, tryk, kulstofkilde, hvad som helst - og de kunne sidde i millioner, hundreder af millioner af år og derefter begynde at vokse igen . Det er en del af problemet med at prøve at lægge en slags vækstperiode på dem; ting forekommer ikke altid kontinuerligt i Jorden.
Vi kan dyrke diamanter i laboratoriet, og vi kan simulere forholdene der. Men der er ting, vi skal gøre for at dyrke diamanter i laboratoriet, som ikke er indlysende om, hvordan det sker i Jorden. I laboratoriet dyrkes de typisk, men der er en eller anden katalysator. Nogle metaller tilføjes ofte for at få diamanter til at vokse, men disse samme katalysatorer observeres ikke i diamanterne fra den øvre kappe af Jorden.
Hvor gamle er diamanter derefter?
Alle diamanter er så vidt vi ved ganske gamle på Jorden. Mest diamantdannelse fandt sandsynligvis sted på Jorden i de første par milliarder år af jordens historie. Der er diamantaflejringer, der er blevet opdaget, som er yngre - selve klippen, Kimberliten, er måske bare titusinder af hundreder af millioner af år gammel. Den måde, de dateres diamanter på, er typisk at se på indeslutninger af andre mineraler i diamanten, der kan dateres radioaktivt. Diamanterne i sig selv kan ikke dateres. Men hvis mineralindeslutningerne indeholder visse elementer som kalium og ting, der kan bruges i en radioaktiv dateringsordning, så får du ved at datere optagelsen i diamanten en vis fornemmelse af selve diamantens alder. Og disse datoer antyder altid, at diamanterne er ret gamle. Mindst hundreder af millioner af år gamle, men i de fleste tilfælde milliarder af år gamle, hvor som helst fra en til tre milliarder år gamle, en tid, hvor jorden sandsynligvis var varmere end den er i dag, og derfor var forholdene måske mere passende til diamantvækst.
Hvor gammel er den berømte Hope Diamond vist på Smithsonian's Natural History Museum?
Hope-diamanten er mindst en milliard år gammel. Du kan ikke se den oprindelige klippe, der bar diamanterne til overfladen, men de har fundet nogle Kimberlitter i Indien, der har bevis for diamanter i dem. Disse Kimberlitter stammer fra mindst en milliard år gamle. Så det antyder, at Hope-diamanten og lignende diamanter, der findes i Indien, blev bragt til overfladen for mindst en milliard år siden og måske længere siden. Så vi er trygge ved at sige, at Hope Diamond er mindst en milliard år gammel. Når man ser på aldersspredningen for de fleste andre diamanter, er det sandsynligvis meget ældre end det.
Hvad gør Hope Diamond så usædvanlig?
Dens størrelse og farve gør det meget usædvanligt. Når du tænker på historien til folk, der udvinde diamanter, er der nogensinde kun fundet en diamant, der har produceret en mørkeblå diamant på størrelse og kvalitet af Hope-diamanten. Det giver dig en fornemmelse af, hvor usædvanligt og hvor bemærkelsesværdigt det er. Igen har jeg altid argumenteret for, at det er så bemærkelsesværdigt som et naturhistorisk objekt, som et produkt af Jorden, som det er en menneskeskåret ædelsten. Det meste af tiden, når folk skriver om Hope Diamond, starter de med, "Nå, det blev fundet i Indien." En del af det punkt, jeg altid prøver at gøre for folk, er virkelig historien begyndte meget før. Mange diamanter kommer aldrig på det punkt, fordi de bare ikke overlevede alle disse ting, der måtte have sket.
I del to skal du lære om farvede diamanter, hvordan forskere dyrker syntetiske versioner i laboratoriet og globale bestræbelser på at begrænse salget af konfliktdiamanter. I den sidste del af denne tredelte serie skal du opdage de fascinerende historier bag Smithsonians samling.
