Come si formano i diamanti?
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- Diamanti dissotterrati
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I diamanti si formano in profondità all'interno della Terra a circa 100 miglia circa sotto la superficie del mantello superiore. Ovviamente in quella parte della Terra fa molto caldo. C'è molta pressione, il peso della roccia sovrastante si abbassa, quindi quella combinazione di alta temperatura e alta pressione è ciò che è necessario per far crescere i cristalli di diamante sulla Terra. Per quanto ne sappiamo, tutti i diamanti che si sono formati sulla Terra si sono formati in quel tipo di condizioni e, naturalmente, questa è una parte della Terra che non possiamo campionare direttamente. Non abbiamo alcun modo di perforare fino a quella profondità o nessun altro modo di viaggiare fino al mantello superiore della Terra.
Come viaggiano i diamanti sulla superficie della Terra?
I diamanti che vediamo in superficie sono quelli che vengono portati in superficie da un'eruzione vulcanica molto radicata. È un tipo molto speciale di eruzione, ritenuto abbastanza violento, che si è verificato molto tempo fa nella storia della Terra. Non abbiamo visto tali eruzioni negli ultimi tempi. Probabilmente erano in un momento in cui la terra era più calda, ed è probabilmente per questo che quelle eruzioni erano più profondamente radicate. Queste eruzioni portarono quindi i diamanti già formati dal mantello superiore alla superficie della Terra. Quando l'eruzione raggiunse la superficie, si accumulò un tumulo di materiale vulcanico che alla fine si raffreddò, e i diamanti sono contenuti al suo interno. Questi sono i cosiddetti Kimberlites che sono in genere le fonti di molti dei diamanti estratti del mondo.
Una delle cose che sappiamo, quindi, di tutti i diamanti che sono stati portati in superficie è che il processo dell'eruzione della Kimberlite che porta i diamanti dal mantello superiore alla superficie della Terra dovrebbe avvenire molto rapidamente, perché se fossero in viaggio troppo a lungo e troppo lentamente si sarebbero letteralmente trasformati in grafite lungo la strada. E così, muovendosi rapidamente, si sono sostanzialmente bloccati nella struttura del diamante. Una volta che i diamanti sono stati portati da alta temperatura a bassa temperatura molto rapidamente - e rapidamente intendiamo nel giro di poche ore - queste eruzioni, questi tubi di Kimberlite che si spostano in superficie, potrebbero aver viaggiato a velocità da 20 a 30 miglia per ora. Una volta che i diamanti vengono portati in superficie e raffreddati relativamente rapidamente, quegli atomi di carbonio vengono bloccati in posizione e non c'è abbastanza energia per iniziare a ridisporli in grafite.
Qual è il ruolo del carbonio nella formazione dei diamanti?
I diamanti sono fatti di carbonio, quindi si formano come atomi di carbonio ad alta temperatura e pressione; si uniscono per iniziare a far crescere i cristalli. A causa della temperatura e della pressione, in queste condizioni, gli atomi di carbonio si legheranno l'un l'altro in questo tipo molto forte di legame in cui ciascun atomo di carbonio è legato ad altri quattro atomi di carbonio. Ecco perché un diamante è un materiale così duro perché ogni atomo di carbonio partecipa a quattro di questi legami covalenti molto forti che si formano tra gli atomi di carbonio. Quindi di conseguenza ottieni questo materiale duro. Ancora una volta da dove proviene il carbonio, quanto velocemente crescono, queste sono ancora domande aperte, ma ovviamente le condizioni sono tali che hai un gruppo di atomi di carbonio che sono abbastanza vicini da iniziare a legare. Man mano che altri atomi di carbonio si spostano nelle vicinanze, si attaccano. È così che cresce ogni cristallo. È il processo di bloccaggio degli atomi che produce questa rete ripetitiva, questa struttura di atomi di carbonio, che alla fine diventa abbastanza grande da produrre cristalli che possiamo vedere. Ognuno di questi cristalli, ogni diamante, un diamante di carati, rappresenta letteralmente miliardi e miliardi di atomi di carbonio che tutti dovevano bloccare in posizione per formare questa struttura cristallina molto ordinata.
Hai detto che gli scienziati non sanno da dove proviene il carbonio. Quali sono alcune possibili fonti?
In alcuni casi, il carbonio sembra aver avuto origine nel mantello della Terra, così carbonio che era già nella Terra. In altri casi, ci sono prove curiose che suggeriscono che il carbonio potrebbe aver avuto origine vicino alla superficie della Terra. L'idea è che questo carbonio avrebbe potuto essere letteralmente carbonio che faceva parte di sedimenti carbonatici o animali, piante, conchiglie, qualunque cosa, che veniva trasportato nel mantello superiore della Terra dal meccanismo tettonico a placche chiamato subduzione.
Quanto ci vuole per formare i diamanti?
Non sappiamo davvero quanto tempo ci vorrà. Ci sono stati tentativi di cercare di datare le inclusioni in diverse parti di diamanti, e queste sono state in gran parte senza successo. Può darsi che i diamanti si formino in periodi brevi come giorni, settimane, mesi o milioni di anni. In genere, come con molti cristalli che crescono sulla Terra, non è un processo continuo. I diamanti potrebbero iniziare a crescere e quindi potrebbe esserci un'interruzione per qualche motivo - un cambiamento di condizioni, temperatura, pressione, fonte di carbonio, qualunque cosa - e potrebbero rimanere seduti per milioni, centinaia di milioni di anni, per poi ricominciare a crescere . Fa parte del problema di provare a mettere su di loro una sorta di periodo di crescita; le cose non sempre accadono continuamente sulla Terra.
Possiamo coltivare diamanti in laboratorio e possiamo simulare le condizioni lì. Ma ci sono cose che dobbiamo fare per coltivare diamanti in laboratorio che non sono ovvi su come ciò avvenga sulla Terra. In laboratorio, in genere sono cresciuti, ma c'è del catalizzatore. Alcuni metalli vengono spesso aggiunti per far crescere i diamanti, ma questi stessi catalizzatori non si osservano nei diamanti dal mantello superiore della Terra.
Quanti anni hanno i diamanti?
Tutti i diamanti, per quanto ne sappiamo, sono piuttosto vecchi sulla Terra. La maggior parte della formazione di diamanti probabilmente ha avuto luogo sulla Terra nei primi due miliardi di anni di storia della Terra. Ci sono depositi di diamanti che sono stati scoperti che sono più giovani: la roccia stessa, la Kimberlite, ha forse solo decine di centinaia di milioni di anni. Il modo in cui datano i diamanti sta generalmente osservando le inclusioni di altri minerali nel diamante che possono essere datate radioattivamente. I diamanti stessi non possono essere datati. Ma se le inclusioni minerali contengono determinati elementi come il potassio e cose che possono essere utilizzate in uno schema di datazione radioattiva, allora datando l'inclusione nel diamante si ottiene un senso dell'età del diamante stesso. E quelle date suggeriscono sempre che i diamanti sono piuttosto vecchi. Almeno centinaia di milioni di anni, ma nella maggior parte dei casi miliardi di anni, ovunque da uno a tre miliardi di anni, un tempo in cui la terra era probabilmente più calda di quanto non sia oggi e quindi le condizioni erano forse più appropriate per la crescita del diamante.
Quanti anni ha il famoso Hope Diamond in mostra al Museo di storia naturale di Smithsonian?
Il diamante Hope ha almeno un miliardo di anni. Non vedi la roccia originale che ha portato i diamanti in superficie, ma hanno trovato alcuni Kimberliti in India che hanno prove di diamanti in essi. Quei Kimberliti risalgono ad almeno un miliardo di anni. Questo suggerisce che il diamante Hope e diamanti simili trovati in India furono portati in superficie almeno un miliardo di anni fa e forse più tempo fa. Quindi ci sentiamo a nostro agio nel dire che Hope Diamond ha almeno un miliardo di anni. Quando si guarda la diffusione dell'età della maggior parte degli altri diamanti, è probabilmente molto più vecchio di quello.
Cosa rende così insolito Hope Diamond?
Le sue dimensioni e il colore lo rendono molto insolito. Quando si pensa alla storia delle persone che estraggono diamanti, è stato mai trovato un solo diamante che ha prodotto un diamante blu scuro delle dimensioni e della qualità del diamante Hope. Questo ti dà un'idea di quanto sia insolito e straordinario. Ancora una volta, ho sempre sostenuto che è straordinario come un oggetto di storia naturale, come un prodotto della Terra, in quanto è una pietra preziosa tagliata dall'uomo. Il più delle volte quando le persone scrivono del Hope Diamond iniziano con "Beh, è stato trovato in India". Parte del punto che cerco sempre di esprimere alle persone è che la storia è iniziata molto prima. Molti diamanti non arrivano mai a quel punto perché non sono sopravvissuti a tutte queste cose che dovevano essere successe.
Nella seconda parte, scopri i diamanti colorati, come gli scienziati stanno sviluppando versioni sintetiche in laboratorio e gli sforzi globali per frenare la vendita di diamanti in conflitto. Nell'ultima puntata di questa serie in tre parti, scopri le affascinanti storie dietro la collezione di Smithsonian.
