Minerály

Ako sa tvoria diamanty?



Na rozdiel od toho, čo mnohí ľudia veria, diamanty netvoria uhlie.


Diamantová formácia: Diamanty nájdené na zemskom povrchu alebo blízko neho sa vytvorili štyrmi rôznymi procesmi. Dosková tektonika vyššie uvedená predstavuje tieto štyri metódy formovania diamantov. Ďalšie informácie o každom z nich sú uvedené v odsekoch a malých karikatúrach nižšie.

Obsah


Metódy formovania diamantov
1) Diamantová formácia v zemskom plášti
2) Tvorba diamantu v subdukčných zónach
3) Tvorba diamantu na nárazových stránkach
4) Formovanie vo vesmíre
Najpresvedčivejšie dôkazy
Diamantová formácia na zemskom povrchu

Metódy formovania diamantov

Mnoho ľudí verí, že diamanty sú tvorené metamorfizmom uhlia. Táto myšlienka je v mnohých vedeckých učebniach príbehom „ako diamanty tvoria“.

Uhlie málokedy - ak vôbec - zohralo úlohu pri tvorbe diamantov. V skutočnosti je väčšina diamantov, ktoré boli datované, omnoho staršia ako prvé zemské rastliny na Zemi - zdrojový materiál uhlia! To samo o sebe by malo byť dostatočným dôkazom na zastavenie myšlienky, že zemské diamantové ložiská boli tvorené z uhlia.

Ďalším problémom tejto myšlienky je to, že uhoľné sloje sú sedimentárne horniny, ktoré sa zvyčajne vyskytujú ako horizontálne alebo takmer horizontálne skalné jednotky. Zdrojové horniny diamantov sú však zvislé rúrky naplnené vyvrelými horninami.

Predpokladá sa, že štyri procesy sú zodpovedné za prakticky všetky prírodné diamanty, ktoré sa našli na zemskom povrchu alebo blízko neho. Jeden z týchto procesov predstavuje takmer 100% všetkých diamantov, ktoré sa niekedy ťažili. Zvyšné tri sú zanedbateľné zdroje komerčných diamantov.

Tieto procesy zriedka - ak vôbec - zahŕňajú uhlie.

Diamanty z hlbokých zdrojov: Predpokladá sa, že väčšina komerčných ložísk diamantov sa vytvorila, keď sopečná erupcia s hlbokým zdrojom dodala diamanty na povrch. Pri týchto erupciách magma rýchlo prechádza z hĺbky plášťa a často prechádza cez zónu stability diamantu na svojej ceste k povrchu. Kusy horniny zo zóny stability diamantu môžu byť roztrhané a nesené rýchlo hore na povrch. Tieto kúsky skaly sú známe ako „xenolity“ a môžu obsahovať diamanty.

1) Diamantová formácia v zemskom plášti

Geológovia veria, že diamanty vo všetkých komerčných ložiskách diamantov na Zemi boli tvorené v plášti a dodávané na povrch hlbokými zdrojovými sopečnými erupciami. Tieto erupcie produkujú kimberlitové a lamproitové rúry, ktoré sú vyhľadávané diamantovými prospektormi.

Väčšina z týchto rúr neobsahuje diamant alebo neobsahuje také malé množstvo diamantu, že nie sú predmetom komerčného záujmu. V týchto rúrkach sa však vyvíjajú povrchové a podzemné bane, ak obsahujú dostatočné diamanty na ťažobnú ťažbu. Diamanty boli tiež zvetrané a erodované z niektorých týchto rúrok. Tieto diamanty sú teraz obsiahnuté v sedimentárnych (placerových) ložiskách potokov a pobrežia.

Tvorba prírodných diamantov vyžaduje veľmi vysoké teploty a tlaky. Tieto podmienky sa vyskytujú v obmedzených zónach plášťa Zeme asi 90 kilometrov (150 kilometrov) alebo viac pod povrchom, kde sú teploty najmenej 2 000 stupňov Celzia (1050 stupňov Celzia) 1. Prostredie kritického teplotného tlaku pre tvorbu diamantov a stabilitu nie je prítomný globálne. Namiesto toho sa predpokladá, že je prítomný primárne v plášti pod stabilnými interiérmi kontinentálnych dosiek 2.

Diamanty formované a uložené v týchto „zónach stability diamantov“ sa dodávajú na zemský povrch počas hlbokých zdrojov sopečných erupcií. Tieto erupcie odtrhávajú kúsky plášťa a rýchlo ich prenášajú na povrch 3. Pozri umiestnenie 1 na diagrame v hornej časti stránky. Tento typ sopečnej erupcie je veľmi zriedkavý a moderný človek ho nikdy nepozoroval.

Je zapojené uhlie? Uhlie je sedimentárna hornina, ktorá sa tvorí z úlomkov rastlín uložených na zemskom povrchu. Málokedy je pochovaný do hĺbok väčších ako dve míle (3,2 km). Je veľmi nepravdepodobné, že by sa uhlie presunulo z kôry do hĺbky hlboko pod dno kontinentálneho taniera. Zdroj uhlíka pre tieto diamantové plášte je s najväčšou pravdepodobnosťou zachytený v interiéri Zeme v čase formovania planéty alebo dodávaný do veľkých hĺbok pomocou tlmenia.

Diamanty z morských sedimentov? Tlmiace zóny sa vyskytujú na hraniciach zbiehajúcich sa dosiek, kde jedna platňa je tlačená dolu do plášťa. Keď táto doska klesá, je vystavená zvyšujúcej sa teplote a tlaku. Diamanty sa našli v horninách, o ktorých sa predpokladá, že boli tlmené a potom sa vrátili na povrch. Tieto druhy hornín sú veľmi zriedkavé a v nich neboli vyvinuté žiadne známe komerčné ložiská diamantov. Diamanty nájdené v týchto druhoch ložísk sú veľmi malé a nie sú vhodné na komerčné použitie.

2) Tvorba diamantu v subdukčných zónach

Drobné diamanty sa našli v horninách, o ktorých sa predpokladá, že boli hlboko do plášťa pomocou doskových tektonických procesov - potom sa vrátili na povrch 4. (Pozri umiestnenie 2 v diagrame v hornej časti stránky.) Tvorba diamantov v subductingu doska sa môže objaviť len 50 míľ (80 km) pod povrchom a pri teplotách až 390 stupňov Fahrenheita (200 stupňov Celzia) 1. V inej štúdii sa zistilo, že diamanty z Brazílie obsahujú drobné minerálne inklúzie, ktoré sú v súlade s mineralogiou oceánska kôra 8. Iní majú inklúzie, ktoré naznačujú, že do ich formovania bola zapojená tlmená morská voda 9.

V nedávnej štúdii sa skúmal pôvod diamantov obsahujúcich bór, ktoré sa tvorili v hĺbkach až 650 kilometrov. Tieto super hlboké diamanty tiež obsahovali inklúzie, z ktorých vyplýva, že boli získané z tlmenej oceánskej kôry. 10

Je zapojené uhlie? Uhlie nie je pre tento proces tvorby diamantov pravdepodobným zdrojom uhlíka. Najpravdepodobnejšími zdrojmi uhlíka z tlmenia oceánskej platne sú karbonátové horniny ako vápenec, mramor a dolomit, prípadne častice rastlinných zvyškov v pobrežných sedimentoch.

Asteroidové nárazové diamanty: Diamanty boli nájdené v a okolo kráterov mnohých miest dopadu na asteroidy. Vynikajúcim príkladom je kráter Popigai v severnej Sibíri v Rusku. Zem bola opakovane zasiahnutá asteroidmi v celej svojej histórii. Tieto asteroidy narážajú takou silou, že vznikajú tlaky a teploty dostatočne vysoké na to, aby sa vytvorili diamanty. Ak cieľová hornina obsahuje uhlík, môžu sa v oblasti dopadu vyskytnúť podmienky potrebné na vytvorenie diamantov. Tieto druhy diamantov sú zriedkavé a nehrajú dôležitú úlohu v komerčnej ťažbe diamantov.

3) Tvorba diamantu na nárazových stránkach

Počas celej svojej histórie bola Zem opakovane zasiahnutá veľkými asteroidmi. Keď tieto asteroidy dopadnú na zem, vznikajú extrémne teploty a tlaky. Napríklad: keď na Zem dopadne asteroid so šírkou šesť kilometrov (10 km), môže sa pohybovať rýchlosťou 9 až 12 míľ za sekundu (15 až 20 kilometrov za sekundu). Pri náraze by tento objekt s hyperveloitou vytvoril energetický výbuch ekvivalentný mnohým jadrovým zbraniam a teplotám horším ako slnečný povrch 5.

Podmienky vysokej teploty a tlaku takéhoto nárazu sú viac ako dostatočné na vytvorenie diamantov. Táto teória tvorby diamantov bola podporená objavom malých diamantov okolo niekoľkých miest dopadu na asteroidy. Pozri umiestnenie 3 v diagrame v hornej časti stránky.

Drobné, milimetrové diamanty sa našli v krátere Meteor v Arizone. V kráteri Popigai v severnej Sibíri v Rusku sa našli polykryštalické priemyselné diamanty s veľkosťou do 13 milimetrov. 7

Je zapojené uhlie? Uhlie by mohlo byť prítomné v cieľovej oblasti týchto vplyvov a mohlo by slúžiť ako zdroj uhlíka diamantov. Vápenca, mramor, dolomit a ďalšie horniny nesúce uhlík sú pravdepodobnejšie zdroje uhlíka ako uhlie.

Mimozemské diamanty: Diamanty boli objavené v niektorých meteoritoch. Predpokladá sa, že tieto diamanty sa vytvorili v priestore v reakcii na dopady asteroidov alebo na iné závažné udalosti.

4) Formovanie vo vesmíre

Vedci agentúry NASA zistili v niektorých meteoritoch veľké množstvo nanodiamondov. (Nanodiamondy sú diamanty s priemerom niekoľkých nanometrov - milióntiny metra.) Približne tri percentá uhlíka v týchto meteoritoch sú obsiahnuté vo forme nanodiamondov. Tieto diamanty sú príliš malé na použitie ako drahokamy alebo priemyselné brúsivá; sú však zdrojom diamantového materiálu 6. Pozri umiestnenie 4 v diagrame v hornej časti stránky.

Smithsonovskí vedci tiež našli veľké množstvo malých diamantov, keď odrezávali vzorku z Allen Hills meteoritu 7. Predpokladá sa, že tieto diamanty v meteoritoch vznikli vo vesmíre vysokorýchlostnými zrážkami podobnými tomu, ako sa diamanty tvoria na Zemi v miestach nárazu.

Je zapojené uhlie? Uhlie sa nezúčastňuje na tvorbe týchto diamantov. Zdroj uhlíka pochádza z iného tela ako Zeme.

„Často sa ma pýtali,„ Aká je vaša teória pôvodnej kryštalizácie diamantu? “
„Všetko, čo sa dá povedať, je to, že uhlíkom, ktorý existoval hlboko vo vnútorných oblastiach Zeme, sa zmenil jeho čierny a nepozvaný vzhľad na najkrajší klenot, ktorý kedy videl denné svetlo.“
Gardner F. Williams, generálny riaditeľ De Beers Consolidated Mines, Ltd., 1887 až 1905. 11

Najpresvedčivejšie dôkazy

Najpresvedčivejším dôkazom toho, že uhlie nehralo úlohu pri tvorbe väčšiny diamantov, je porovnanie veku diamantov Zeme a veku najskorších pozemkových rastlín.

Väčšina nájdených diamantových ložísk, ktoré boli nájdené, sa vytvorila počas predkambrického obdobia - rozpätie času medzi formáciou Zeme (asi pred 4 600 miliónmi rokov) a začiatkom kambrijského obdobia (pred asi 542 miliónmi rokov). Naopak, najstaršie rastlinné rastliny sa na Zemi neobjavili až pred asi 450 miliónmi rokov - takmer 100 miliónov rokov po vytvorení drvivej väčšiny diamantov, ktoré sa ťažili.

Keďže uhlie sa tvorí z úlomkov suchozemských rastlín a najstaršie rastlinné rastliny sú mladšie ako takmer každý diamant, ktorý kedy bol datovaný, je ľahké vyvodiť záver, že uhlie nehralo významnú úlohu pri tvorbe prírodných diamantov Zeme.

Referencie
1 Erlich, E.I .; Dan Hausel, W. (2002). Diamantové vklady. Spoločnosť pre ťažbu, metalurgiu a prieskum. str. 74-94. ISBN 0873352130.
2 Americké prírodovedné múzeum (1998). Povaha diamantov - Diamanty sa nachádzajú na kontinentálnom jadre. Americké prírodovedné múzeum.
3 Americké prírodovedné múzeum (1998). Povaha diamantov - Kimberlite a Lamproite. Americké prírodovedné múzeum.
4 Americké prírodovedné múzeum (1998). Povaha diamantov - od kontinentálnych zrážok, nárazov meteorov a prachu z hviezd. Americké prírodovedné múzeum.
5 Oakes, Maureen (2003). Modelovanie dopadu asteroidov - zabilo to dinosaurov? Los Alamos National Laboratory. URL
6 Vu, Linda (2008). Oči Spitzer's Perfect sú ideálne pre nanášanie diamantov na oblohe. NASA / JPL Caltech. URL
7 Tyson, Peter (2000). Diamanty na oblohe. NOVA Online. URL
8 Walter, M.J. a iní (2011). Diamanty ukazujú hĺbku uhlíkového cyklu Zeme. Carnegieho inštitúcia pre vedu. URL
9 Krajick, Kevin (2015). Praskanie otvorených diamantov pre správy z hlbokej zeme. Stav planéty, Zemský inštitút Columbia University. URL
10 Gemologický inštitút Ameriky (2018). Vedci objavujú jedinečný pôvod modrých diamantov, Gemological Institute of America. URL
11 Diamantové míny v Južnej Afrike: Gardner F. Williams; Spoločnosť Macmillan; 1902, Zväzok 2, strana 152. URL

Diamantová formácia na zemskom povrchu

V 50. rokoch 20. storočia boli na zemskom povrchu objavené nové metódy tvorby diamantov. Vedci dokázali vytvoriť podmienky teploty a tlaku potrebné na vytvorenie diamantov v laboratóriu. Väčšina skorých diamantov nebola kvalitou drahokamu, ale boli perfektné na použitie ako brúsne granuly vo vrtákoch, rezných nástrojoch a brúsnych kotúčoch. Čoskoro sa vyrábali väčšie laboratórne diamanty, ktoré sa používali ako ložiská odolné proti opotrebeniu, chladiče pre počítačové procesory a okná s vysokou teplotou.

V súčasnosti sú takmer všetky diamanty používané v priemyselných procesoch diamanty vytvorené v laboratóriu. Vyrábajú sa tiež v dostatočne vysokej kvalite, aby mohli získať bezfarebné a veľmi mierne zahrnuté triedy z laboratórií na triedenie diamantov. Vyrábajú sa v spektre farieb pridaním dusíka (žltá) alebo bóru (modrá) do prostredia tvoriaceho diamant. Zelená, ružová, oranžová a ďalšie farby sú možné s post-rastovými procesmi spracovania. Diamanty vytvorené v laboratóriách sa vyrábajú v USA a niekoľkých ďalších krajinách. Čína je vedúcou krajinou, ktorá vyrába diamanty vytvorené v laboratóriu.

Všetky laboratórne pestované diamanty sa vyrábajú pomocou zariadenia, ktoré spotrebúva obrovské množstvo elektriny, ktorá je potrebná na vytvorenie podmienok teploty a tlaku potrebných na pestovanie diamantov. Časť tejto elektriny sa pravdepodobne bude vyrábať spaľovaním uhlia. To by mohli byť najlepšie príklady diamantov vyrábaných pomocou uhlia.

Pozri si video: Diamant (Február 2020).