Музеи

Разкопани диаманти | Наука

Как се образуват диамантите?

Диамантите се образуват дълбоко в Земята на около 100 мили под повърхността в горната мантия. Очевидно в тази част на Земята е много горещо. Има голям натиск, теглото на надвисналата скала, така че комбинацията от висока температура и високо налягане е това, което е необходимо за отглеждането на диамантени кристали в Земята. Доколкото ни е известно, всички диаманти, които са се образували на Земята, са се образували при такива видове условия и, разбира се, това е част от Земята, която не можем да вземем директно. Ние нямаме как да пробием до тази дълбочина или какъвто и да е друг начин за пътуване надолу до горната мантия на Земята.

Как диамантите пътуват до повърхността на Земята?





Диамантите, които виждаме на повърхността, са онези, които са извадени на повърхността от много дълбоко залегнало вулканично изригване. Това е много специален вид изригване, за което се смята, че е доста силно, което се е случило отдавна в историята на Земята. Не сме виждали подобни изригвания в последно време. Вероятно са били във време, когато земята е била по-гореща и затова вероятно тези изригвания са били по-дълбоко вкоренени. След това тези изригвания пренесоха вече образуваните диаманти от горната мантия до повърхността на Земята. Когато изригването достигна повърхността, той натрупа могила от вулканичен материал, който в крайна сметка се охлади и диамантите се съдържат в него. Това са така наречените кимберлити, които обикновено са източници на много от добитите диаманти в света.

Следователно едно от нещата, които знаем за всички диаманти, извадени на повърхността, е, че процесът на изригване на кимберлит, извеждащ диамантите от горната мантия на повърхността на Земята, трябваше да се случи много бързо, защото ако те пътуваха твърде дълго и твърде бавно биха се превърнали буквално в графит по пътя. И така, като се движеха бързо, те по същество се заключиха в диамантената структура. След като диамантите са били доведени от висока температура до ниска температура много бързо - и под бързо, имаме предвид в рамките на часове - тези изригвания, тези кимберлитови тръби, движещи се на повърхността, може да са се движили със скорост от 20 до 30 мили на час. След като диамантите се изкачат на повърхността и се охладят относително бързо, тези въглеродни атоми се фиксират на място и просто няма достатъчно енергия, за да започнат да ги пренареждат в графит.



Каква е ролята на въглерода при формирането на диаманти?

Диамантите са направени от въглерод, така че те се образуват като въглеродни атоми при висока температура и налягане; те се свързват заедно, за да започнат да растат кристали. Поради температурата и налягането при тези условия въглеродните атоми ще се свържат помежду си при този много силен тип свързване, където всеки въглероден атом е свързан с четири други въглеродни атома. Ето защо диамантът е толкова твърд материал, защото всеки въглероден атом участва в четири от тези много силни ковалентни връзки, които се образуват между въглеродните атоми. Така че в резултат получавате този твърд материал. Отново откъде идва въглеродът, колко бързо те растат, това са все още отворени въпроси, но очевидно условията са такива, че имате някаква група въглеродни атоми, които се намират в непосредствена близост, за да започнат да се свързват. Тъй като други въглеродни атоми се движат в близост, те ще се прикрепят. Това е начинът, по който расте всеки кристал. Процесът на заключване на атомите на място произвежда тази повтаряща се мрежа, тази структура на въглеродните атоми, която в крайна сметка се разраства достатъчно голяма, за да произвежда кристали, които можем да видим. Всеки от тези кристали, всеки диамант, един карат диамант, представлява буквално милиарди и милиарди въглеродни атоми, които всички трябваше да се фиксират, за да образуват тази много подредена кристална структура.

Споменахте, че учените не знаят откъде идва въглеродът. Кои са някои възможни източници?



В някои случаи изглежда, че въглеродът произхожда от мантията на Земята, така че въглеродът, който вече е бил в Земята. В други случаи има много любопитни доказателства, които предполагат, че въглеродът може да е възникнал близо до повърхността на Земята. Там се мисли, че този въглерод може буквално да е въглерод, който е част от карбонатни утайки или животни, растения, черупки, каквото и да е, който е пренесен в горната мантия на Земята от тектоничния механизъм на плочите, наречен субдукция.

Колко време са необходими за образуването на диаманти?

Наистина не знаем колко време отнема. Има опити да се опитат датиране на включвания в различни части на диамантите и те до голяма степен са били неуспешни. Възможно е диамантите да се образуват за толкова кратки периоди, колкото дни, седмици, месеци до милиони години. Обикновено, както при много кристали, които растат на Земята, това не е непрекъснат процес. Диамантите могат да започнат да растат и тогава може да има прекъсване по някаква причина - промяна в условията, температурата, налягането, източника на въглерод, каквото и да е - и те биха могли да седят милиони, стотици милиони години и след това да започнат да растат отново . Това е част от проблема с опитите да се постави някакъв период на растеж върху тях; не винаги нещата се случват непрекъснато на Земята.

Можем да отглеждаме диаманти в лабораторията и да симулираме условията там. Но има неща, които трябва да направим, за да отглеждаме диаманти в лабораторията, които не са очевидни за това как се случва на Земята. В лабораторията те обикновено се отглеждат, но има някакъв катализатор. Някои метали често се добавят, за да предизвикат растежа на диамантите, но същите тези катализатори не се наблюдават в диамантите от горната мантия на Земята.

На колко години са диамантите?

Всички диаманти, доколкото ни е известно, са доста стари на Земята. Повечето диамантени образувания вероятно са се случили на Земята през първите няколко милиарда години от историята на Земята. Има открити диамантени находища, които са по-млади - самата скала, кимберлитът, е може би само на десетки стотици милиони години. Начинът, по който датират диамантите, обикновено разглежда включванията на други минерали в диаманта, които могат да бъдат радиоактивно датирани. Самите диаманти не могат да бъдат датирани. Но ако минералните включвания съдържат определени елементи като калий и неща, които могат да се използват в схема за радиоактивно датиране, тогава като датирате включването в диаманта, вие получавате известна представа за възрастта на самия диамант. И тези дати винаги предполагат, че диамантите са доста стари. Най-малко стотици милиони години, но в повечето случаи на милиарди години, някъде от един до три милиарда години, време, когато земята вероятно е била по-гореща, отколкото е днес и затова условията са били може би по-подходящи за растежа на диаманти.

На колко години е известният Hope Diamond, изложен в Природонаучния музей на Смитсониън?

Диамантът 'Надежда' е на поне милиард години. Не виждате оригиналната скала, която е изнесла диамантите на повърхността, но те са открили някои кимберлити в Индия, които имат доказателства за диаманти в тях. Тези кимберлити са на възраст най-малко един милиард години. Това предполага, че диамантът 'Надежда' и подобни диаманти, открити в Индия, са били извадени на повърхността преди поне милиард години и може би по-дълго. Така че сме спокойни да кажем, че диамантът на надеждата е на поне милиард години. Когато погледнете възрастовото разпространение на повечето други диаманти, това вероятно е много по-старо.

каква температура замръзва във Фаренхайт

Какво прави Hope Diamond толкова необичаен?

Размерът и цветът му го правят много необичаен. Когато се сетите за историята на хората, добиващи диаманти, някога е открит само един диамант, който е произвел тъмносин диамант с размерите и качеството на диаманта Hope. Това ви дава известна представа колко необичайно и колко забележително е то. Отново, винаги съм твърдял, че е толкова забележителен, колкото обект от естествената история, като продукт на Земята, тъй като е скъпоценен камък, отрязан от човека. Повечето от времето, когато хората пишат за Hope Diamond, с което започват, „Ами, беше намерен в Индия“. Част от въпроса, който винаги се опитвам да изтъкна пред хората, наистина е, че историята започна много по-рано. Много диаманти никога не стигат до този момент, защото просто не са оцелели всички тези неща, които трябва да са се случили.

В част втора научете за цветните диаманти, как учените отглеждат синтетични версии в лабораторията и глобалните усилия за ограничаване на продажбата на конфликтни диаманти. На последната част от тази поредица от три части, открийте очарователните истории зад колекцията на Smithsonian.





^