Pozaziemskie diamenty
Chociaż diamenty na Ziemi są rzadkie, diamenty pozaziemskie (diamenty powstałe poza Ziemią) są bardzo powszechne. Diamenty tak małe, że zawierają tylko około 2000 atomów węgla, są obfite w meteoryty , a niektóre z nich powstały w gwiazdach przed powstaniem Układu Słonecznego . Eksperymenty wysokociśnieniowe sugerują, że duże ilości diamentów powstają z metanu na lodowych olbrzymach Uran i Neptun , podczas gdy niektóre planety w innych układach planetarnych mogą być niemal czystym diamentem. Diamenty znajdują się również w gwiazdach i mogły być pierwszym minerałem , jaki kiedykolwiek powstał.
Meteoryty
W 1987 roku zespół naukowców zbadał prymitywne meteoryty i znalazł ziarna diamentu o średnicy około 2,5 nanometra ( nanodiamenty ). Uwięzione w nich były gazy szlachetne , których sygnatura izotopowa wskazywała, że pochodzą spoza Układu Słonecznego . Analizy dodatkowych prymitywnych meteorytów również wykazały nanodiamenty. Zapis ich pochodzenia został zachowany pomimo długiej i burzliwej historii, która rozpoczęła się, gdy zostały wyrzucone z gwiazdy do ośrodka międzygwiezdnego , przeszły przez formowanie się Układu Słonecznego , zostały włączone do ciała planetarnego, które później zostało rozbite na meteoryty, i ostatecznie rozbił się na powierzchni Ziemi.
W meteorytach nanodiamenty stanowią około 3 procent węgla i 400 części na milion masy. Ziarna węglika krzemu i grafitu mają również anomalne wzory izotopowe. Razem są one znane jako ziarna przedsłoneczne lub pył gwiezdny , a ich właściwości ograniczają modele nukleosyntezy w gigantycznych gwiazdach i supernowych .
Nie jest jasne, ile nanodiamentów w meteorytach naprawdę pochodzi spoza Układu Słonecznego. Tylko bardzo niewielka część z nich zawiera gazy szlachetne pochodzenia przedsłonecznego i do niedawna nie było możliwości ich indywidualnego zbadania. Średnio stosunek węgla-12 do węgla-13 jest taki sam jak w ziemskiej atmosferze, podczas gdy stosunek azotu-14 do azotu-15 odpowiada Słońcu . Techniki takie jak tomografia z sondą atomową umożliwią badanie pojedynczych ziaren, ale ze względu na ograniczoną liczbę atomów rozdzielczość izotopowa jest ograniczona.
Jeśli większość nanodiamentów powstała w Układzie Słonecznym, rodzi to pytanie, jak to jest możliwe. Na powierzchni Ziemi grafit jest stabilnym minerałem węglowym, podczas gdy większe diamenty mogą powstawać tylko w takich temperaturach i ciśnieniach, jakie występują głęboko w płaszczu . Jednak nanodiamenty są zbliżone do rozmiarów cząsteczkowych: jeden o średnicy 2,8 nm, medianie wielkości, zawiera około 1800 atomów węgla. W bardzo małych minerałach energia powierzchniowa , a diamenty są bardziej stabilne niż grafit, ponieważ ich struktura jest bardziej zwarta. Przejście w stabilności wynosi od 1 do 5 nm. W jeszcze mniejszych rozmiarach można znaleźć wiele innych form węgla, takich jak fulereny , a także rdzenie diamentowe owinięte w fulereny.
Najbardziej bogate w węgiel meteoryty, z obfitością do 7 części na tysiąc wagowo, to ureility . Nie mają one znanego ciała rodzicielskiego, a ich pochodzenie jest kontrowersyjne. Diamenty są powszechne w silnie zszokowanych ureilitach i uważa się, że większość z nich powstała w wyniku zderzenia z Ziemią lub innymi ciałami w kosmosie. Jednak znacznie większe diamenty znaleziono we fragmentach meteorytu o nazwie Almahata Sitta , znalezionego na nubijskiej pustyni w Sudanie . Zawierały inkluzje minerałów zawierających żelazo i siarkę, pierwsze inkluzje znalezione w pozaziemskich diamentach. Zostały datowane na 4,5 miliarda lat kryształów i powstały pod ciśnieniem większym niż 20 gigapaskali. Autorzy badania z 2018 roku doszli do wniosku, że musiały pochodzić z protoplanety, która nie jest już nienaruszona, o wielkości między Księżycem a Marsem.
Emisje w podczerwieni z kosmosu, obserwowane przez Infrared Space Observatory i Kosmiczny Teleskop Spitzera , jasno pokazały, że cząsteczki zawierające węgiel są wszechobecne w kosmosie. Należą do nich wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), fulereny i diamentoidy (węglowodory, które mają taką samą strukturę krystaliczną jak diament). Gdyby pył w kosmosie miał podobne stężenie, jego gram uniósłby do 10 biliardów pyłu, ale jak dotąd niewiele jest dowodów na ich obecność w ośrodku międzygwiazdowym; trudno je odróżnić od diamentoidów.
Badanie przeprowadzone w 2014 roku przez Jamesa Kennetta z University of California w Santa Barbara zidentyfikowało cienką warstwę diamentów rozłożoną na trzech kontynentach. Dało to wsparcie kontrowersyjnej hipotezie, że zderzenie dużej komety z Ziemią około 13 000 lat temu spowodowało wyginięcie megafauny w Ameryce Północnej i położyło kres kulturze Clovis w okresie młodszego dryasu. Zgłoszone dane nanodiamentowe są uważane przez niektórych za najsilniejszy fizyczny dowód na zdarzenie uderzenia / bolidu młodszego dryasu. Jednak badanie to było poważnie wadliwe i opierało się na wątpliwych i niewiarygodnych metodach pomiaru obfitości nanodiamentów w osadach. Co więcej, większość zgłoszonych „nanodiamentów” na granicy młodszego dryasu wcale nie jest diamentem, ale raczej kontrowersyjnym „n-diamentem”. Użycie „n-diamentu” jako znacznika uderzenia jest problematyczne ze względu na obecność rodzimych nanokryształów Cu w osadach, które można łatwo pomylić z „n-diamentem”, gdyby ta kontrowersyjna faza węglowa w ogóle istniała.
Planety
Układ Słoneczny
.jpg)
W 1981 roku Marvin Ross napisał artykuł zatytułowany „Warstwa lodu na Uranie i Neptunie - diamenty na niebie?” w którym zaproponował, że we wnętrzu tych planet można znaleźć ogromne ilości diamentów. W Lawrence Livermore przeanalizował dane z kompresji metanu (CH 4 ) przez falę uderzeniową i odkrył , że ekstremalne ciśnienie oddziela atom węgla od wodoru, uwalniając go, tworząc diament.
Teoretyczne modelowanie przeprowadzone przez Sandro Scandolo i innych przewidywało, że diamenty powstaną przy ciśnieniu powyżej 300 gigapaskali ( GPa), ale nawet przy niższych ciśnieniach metan zostanie rozerwany i utworzy łańcuchy węglowodorów. Eksperymenty wysokociśnieniowe przeprowadzone na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley przy użyciu diamentowej komórki kowadłowej wykazały, że oba zjawiska występują przy zaledwie 50 GPa i temperaturze 2500 kelwinów, co odpowiada głębokości 7000 kilometrów poniżej wierzchołków chmur Neptuna. W innym eksperymencie w Laboratorium Geofizycznym metan stał się niestabilny przy zaledwie 7 GPa i 2000 kelwinach. Po uformowaniu gęstsze diamenty toną. Ten „diamentowy deszcz” zamieniłby energię potencjalną w ciepło i pomógłby napędzać konwekcję , która generuje pole magnetyczne Neptuna.
Istnieją pewne wątpliwości co do tego, jak dobrze wyniki eksperymentów odnoszą się do Urana i Neptuna. Woda i wodór zmieszane z metanem mogą zmieniać reakcje chemiczne. Fizyk z Instytutu Fritza Habera w Berlinie wykazał, że węgiel na tych planetach nie jest wystarczająco skoncentrowany, aby od podstaw utworzyć diamenty. Propozycję, że diamenty mogą również powstawać na Jowiszu i Saturnie, gdzie stężenie węgla jest znacznie niższe, uznano za mało prawdopodobne, ponieważ diamenty szybko się rozpuszczają.
Eksperymenty mające na celu konwersję metanu do diamentów wykazały słabe sygnały i nie osiągnęły temperatur i ciśnień oczekiwanych na Uranie i Neptunie. Jednak niedawny eksperyment wykorzystał ogrzewanie szokowe za pomocą laserów, aby osiągnąć temperatury i ciśnienia oczekiwane na głębokości 10 000 kilometrów pod powierzchnią Urana. Kiedy zrobili to z polistyrenem , prawie każdy atom węgla w materiale został włączony do kryształów diamentu w ciągu nanosekundy.
pozasłoneczny
W Układzie Słonecznym skaliste planety Merkury, Wenus, Ziemia i Mars zawierają od 70% do 90% krzemianów masowych. Z kolei gwiazdy o wysokim stosunku węgla do tlenu mogą krążyć wokół planet składających się głównie z węglików, przy czym najczęstszym materiałem jest węglik krzemu . Ma wyższą przewodność cieplną i niższą rozszerzalność cieplną niż krzemiany. Spowodowałoby to szybsze chłodzenie przewodzące w pobliżu powierzchni, ale niżej konwekcja mogłaby być co najmniej tak energiczna jak na planetach krzemianowych.
Jedną z takich planet jest PSR J1719-1438 b , towarzysz pulsara milisekundowego . Ma gęstość co najmniej dwa razy większą niż ołów i może składać się głównie z bardzo gęstego diamentu. Uważa się, że jest to pozostałość po białym karle po tym, jak pulsar pozbawił go ponad 99 procent swojej masy.
Inna planeta, 55 Cancri e , została nazwana „super-Ziemią”, ponieważ podobnie jak Ziemia jest planetą skalistą krążącą wokół gwiazdy podobnej do Słońca, ale ma dwa razy większy promień i osiem razy większą masę. Naukowcy, którzy odkryli go w 2012 roku, doszli do wniosku, że jest on bogaty w węgiel, co oznacza, że istnieje duże prawdopodobieństwo obecności diamentu. Jednak późniejsze analizy z wykorzystaniem wielu pomiarów składu chemicznego gwiazdy wykazały, że gwiazda ma o 25 procent więcej tlenu niż węgla. To zmniejsza prawdopodobieństwo, że sama planeta jest planetą węglową.
Gwiazdy
Zaproponowano, że diamenty występują w gwiazdach bogatych w węgiel, zwłaszcza w białych karłach; Carbonado , polikrystaliczna mieszanka diamentu, grafitu i amorficznego węgla, który jest jedną z najtwardszych naturalnych form węgla, jest również obecna i może pochodzić z supernowych i białych karłów . Biały karzeł BPM 37093 znajduje się 50 lat świetlnych (4,7 × 10 14 km) stąd, w gwiazdozbiorze Centaura , ma średnicę 2500 mil (4000 km) i może mieć diamentowe jądro, co czyniłoby go jednym z największe diamenty we wszechświecie. Z tego powodu nadano mu przydomek Lucy .
W 2008 roku Robert Hazen i współpracownicy z Carnegie Institution w Waszyngtonie opublikowali artykuł „Mineral Evolution”, w którym zbadali historię formowania się minerałów i stwierdzili, że różnorodność minerałów zmieniała się w czasie wraz ze zmieniającymi się warunkami. Zanim powstał Układ Słoneczny, istniała tylko niewielka liczba minerałów, w tym diamenty i oliwin . Pierwszymi minerałami mogły być małe diamenty powstałe w gwiazdach, ponieważ gwiazdy są bogate w węgiel, a diamenty powstają w wyższej temperaturze niż jakikolwiek inny znany minerał.
Zobacz też
