Diamanten sind vielleicht die begehrtesten Steine der Erde. Wir haben jedoch nicht ganz verstanden, wie sie überhaupt hergestellt wurden - bis jetzt.
PixabayScientists haben ein unwahrscheinliches Element bei der Bildung natürlicher Diamanten entdeckt: Sedimente vom Meeresboden.
So kostbar und begehrt Diamanten auch sind, wir wissen relativ wenig über den komplizierten Prozess, der zur Herstellung dieser Edelsteine in der Natur führt. Dies liegt hauptsächlich daran, dass sie normalerweise durch Vulkanausbrüche an die Oberfläche gedrückt werden - wo wir sie erreichen können -, nachdem sie sich tief unter der Erde gebildet haben.
Jetzt haben Wissenschaftler ein entscheidendes Element bei der Bildung der meisten natürlichen Diamanten entdeckt: Sedimente vom Meeresboden.
"Es gab eine Theorie, dass die in Diamanten eingeschlossenen Salze aus Meerwasser stammten, aber nicht getestet werden konnten", sagte Dr. Michael Förster, Hauptautor der Studie und Geowissenschaftler an der australischen Macquarie University, gegenüber Science Daily . "Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass sie aus marinen Sedimenten stammen."
Viele Industriediamanten werden synthetisch aus reinem Kohlenstoff hergestellt, was zu sogenannten Edelsteindiamanten führt. Die natürlich vorkommenden, jedoch weniger glamourös aussehenden Steine oder faserigen Diamanten haben jedoch Spuren winziger Flüssigkeitseinschlüsse gezeigt, die im Vergleich zu Natriumsalzen einen hohen Gehalt an Kaliumsalzen enthalten. Und die Salzspuren in diesen Diamanten haben Wissenschaftler verwirrt - bis jetzt.
Meeresbodensedimente können durch das ständige Recycling der Oberfläche unseres Planeten in sogenannten Subduktionszonen tief in die Erde zwischen 62 und 124 Meilen unter der Oberfläche hineingezogen werden. Diese Zonen sind Bereiche unseres Planeten, in denen tektonische Platten mit hoher Geschwindigkeit untereinander tauchen.
Obwohl Menschen mit schweren Maschinen nur erfolgreich bis zu 7,6 Meilen tief in die Erde gegraben haben, wissen wir, dass die Temperaturen dort unten extrem hoch sind. Sobald die tektonischen Platten mit hoher Geschwindigkeit untereinander fallen, vermischen sich die Sedimente vom Meeresboden bei hohen Temperaturen mit Gesteinen.
Dieser Prozess setzt Wasser frei, das mit gelöstem Kohlenstoff aus organischem Material auf dem Meeresboden und anderen Materialien im Meeresboden und auf der Erde infundiert wird. Die Flüssigkeit aus dieser Kettenreaktion filtert dann durch den Mantel und reagiert mit den umgebenden Gesteinen. Das Endprodukt ist eine kohlenstoffreiche, salzige Lösung, aus der Diamanten langsam kristallisieren.
Die Studie, die in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde , verwendete Diamant-Experimente unter hohem Druck, um den natürlichen Prozess zu replizieren, und umfasste ozeanische Sedimente, um ihre Theorie zu testen.
Bedingungen, die tief unter der Erde zu finden waren, wurden in einer winzigen, mit Kohlenstoff ausgekleideten Platinkapsel nachgebildet. Anschließend füllten die Wissenschaftler den winzigen Behälter mit einer Schicht gemahlener Sedimente auf dem Meeresboden, die aus dem International Ocean Discovery Project stammen, sowie mit gemahlenen Mineralien aus Peridotit, die im oberen Erdmantel, in dem Diamanten gebildet werden, häufig vorkommen.
PixabayScientists fügten ihrem Experiment ozeanische Sedimente hinzu, um die Bildung von Diamanten im Untergrund wiederherzustellen.
Die Forscher stellten die Atmosphäre wieder her, die entsteht, wenn sich die tektonischen Platten unter Verwendung eines Kolbenzylinders verschieben, um die kleine Kapsel mit großem Druck zusammenzudrücken.
Der Druck in der Zone, in der Diamanten geformt werden, kann bis zu sechs Gigapascal betragen, was Förster mit „einem ganzen Gebäude, das auf Ihrem Fuß steht“ verglich.
Die winzige Kapsel wurde auch elektrisch erwärmt, um ähnliche Untergrundtemperaturen von bis zu 2.012 Grad Fahrenheit zu erreichen. Zuletzt wurde die Kapsel etwa zwei Wochen lang stehen gelassen.
Nach Abschluss des Experiments untersuchten die Forscher die chemischen Reaktionen in der Kapsel und fanden ein ähnlich hohes Verhältnis von Kalium zu Natriumsalz wie bei den natürlichen faserigen Diamanten.
Die Studie hat Wissenschaftlern ein besseres Verständnis dafür vermittelt, wie sich Diamanten auf natürliche Weise unter der Erde bilden. Einige sind sich jedoch nicht sicher, ob Meeresbodensedimente die endgültige Antwort auf die langjährigen Fragen des Feldes zu den salzigen Elementen in Diamanten sind.
Der Diamantwissenschaftler Thomas Stachel erklärte, dass die Ergebnisse der Studie möglicherweise nicht für alte Diamanten geeignet sind, die sich vor Milliarden von Jahren gebildet haben, als die Erde viel heißere Temperaturen hatte. Aber für die jüngeren Diamanten sagte Stachel, die Studie "ist definitiv eine sehr gute und interessante Erklärung."
Obwohl die Forschung möglicherweise nicht alle Schlüssel enthält, um die Geheimnisse unserer kostbaren Diamanten zu entschlüsseln, ist dies ein Schritt in die richtige Richtung für Wissenschaftler, die nach Antworten suchen.