Utomjordiska diamanter
Även om diamanter på jorden är sällsynta, är utomjordiska diamanter (diamanter som bildas utanför jorden) mycket vanliga. Diamanter så små att de bara innehåller cirka 2000 kolatomer finns i överflöd i meteoriter och några av dem bildades i stjärnor innan solsystemet existerade. Högtrycksexperiment tyder på att stora mängder diamanter bildas från metan på isjätteplaneterna Uranus och Neptunus , medan vissa planeter i andra planetsystem kan vara nästan ren diamant. Diamanter finns också i stjärnor och kan ha varit det första mineral som någonsin har bildats.
Meteoriter
1987 undersökte ett team av forskare några primitiva meteoriter och fann diamantkorn med en diameter på cirka 2,5 nanometer ( nanodiamanter ). Fångade i dem fanns ädelgaser vars isotopiska signatur visade att de kom från utanför solsystemet . Analyser av ytterligare primitiva meteoriter fann också nanodiamanter. Uppgifterna om deras ursprung bevarades trots en lång och våldsam historia som började när de kastades ut från en stjärna in i det interstellära mediet , gick igenom solsystemets bildande, införlivades i en planetkropp som senare bröts upp till meteoriter, och slutligen kraschade på jordens yta.
I meteoriter utgör nanodiamanter cirka 3 procent av kolet och 400 miljondelar av massan. Korn av kiselkarbid och grafit har också anomala isotopmönster. Tillsammans är de kända som presolar korn eller stjärnstoft och deras egenskaper begränsar modeller av nukleosyntes i jättestjärnor och supernovor .
Det är oklart hur många nanodiamanter i meteoriter som verkligen kommer utanför solsystemet. Endast en mycket liten del av dem innehåller ädelgaser av presolärt ursprung och tills nyligen var det inte möjligt att studera dem individuellt. matchar förhållandet mellan kol-12 och kol-13 det i jordens atmosfär, medan det mellan kväve-14 och kväve-15 matchar solen . Tekniker som atomsondtomografi kommer att göra det möjligt att undersöka enskilda korn, men på grund av det begränsade antalet atomer är isotopupplösningen begränsad.
Om de flesta nanodiamanter bildades i solsystemet väcker det frågan om hur detta är möjligt. På jordens yta är grafit det stabila kolmineralet medan större diamanter endast kan bildas i den typ av temperaturer och tryck som finns djupt i manteln . Men nanodiamanter är nära molekylstorlek: en med en diameter på 2,8 nm, medianstorleken, innehåller cirka 1800 kolatomer. I mycket små mineral ytenergi viktig och diamanter är mer stabila än grafit eftersom diamantstrukturen är mer kompakt. Överkorsningen i stabilitet är mellan 1 och 5 nm. I ännu mindre storlekar kan en mängd andra former av kol som fullerener hittas såväl som diamantkärnor inslagna i fullerener.
De mest kolrika meteoriterna, med mängder upp till 7 promille i vikt, är ureiliter . Dessa har ingen känd moderkropp och deras ursprung är kontroversiellt. Diamanter är vanliga i starkt chockade ureiliter, och de flesta tros ha bildats av antingen chocken från nedslaget med jorden eller med andra kroppar i rymden. Men mycket större diamanter hittades i fragment av en meteorit som kallas Almahata Sitta , som hittades i den nubiska öknen i Sudan . De innehöll inneslutningar av järn- och svavelhaltiga mineraler, de första inneslutningarna som fanns i utomjordiska diamanter. De daterades till 4,5 miljarder år gamla kristaller och bildades vid tryck större än 20 gigapascal. Författarna till en studie från 2018 drog slutsatsen att de måste ha kommit från en protoplanet, inte längre intakt, med en storlek mellan månen och Mars.
Infraröda utsläpp från rymden, observerade av det infraröda rymdobservatoriet och Spitzer Space Telescope , har gjort det klart att kolhaltiga molekyler är allestädes närvarande i rymden. Dessa inkluderar polycykliska aromatiska kolväten (PAH), fullerener och diamantoider (kolväten som har samma kristallstruktur som diamant). Om damm i rymden har en liknande koncentration, skulle ett gram av det bära upp till 10 quadrillion av dem, men än så länge finns det få bevis för deras närvaro i det interstellära mediet; de är svåra att skilja från diamanter.
En studie från 2014 ledd av James Kennett vid University of California Santa Barbara identifierade ett tunt lager av diamanter spridda över tre kontinenter. Detta gav stöd till en omtvistad hypotes att en kollision av en stor komet med jorden för cirka 13 000 år sedan orsakade utrotningen av megafauna i Nordamerika och satte stopp för Clovis-kulturen under yngre Dryas-perioden. De rapporterade nanodiamantdata anses av vissa som de starkaste fysiska bevisen för en Younger Dryas-påverkan/bolide-händelse. Men den studien var allvarligt felaktig och baserad på tvivelaktiga och opålitliga metoder för att mäta mängden nanodiamanter i sedimenten. Dessutom är de flesta av de rapporterade 'nanodiamanterna' vid Younger Dryas-gränsen inte alls diamanter, utan snarare rapporterade som den kontroversiella 'n-diamanten'. Användningen av 'n-diamant' som slagmarkör är problematisk på grund av förekomsten av inhemska Cu-nanokristaller i sediment som lätt kan förväxlas med 'n-diamant', om den kontroversiella kolfasen ens skulle existera.
Planeter
Solsystem
.jpg)
1981 skrev Marvin Ross en artikel med titeln "Islagret i Uranus och Neptunus - diamanter på himlen?" där han föreslog att enorma mängder diamanter skulle kunna hittas i det inre av dessa planeter. På Lawrence Livermore hade han analyserat data från stötvågskomprimering av metan (CH 4 ) och fann att det extrema trycket separerade kolatomen från vätet, vilket frigjorde den för att bilda diamant.
Teoretisk modellering av Sandro Scandolo och andra förutspådde att diamanter skulle bildas vid tryck över 300 giga pascal (GPa), men även vid lägre tryck skulle metan störas och bilda kedjor av kolväten. Högtrycksexperiment vid University of California Berkeley med hjälp av en diamantstädcell fann båda fenomenen vid endast 50 GPa och en temperatur på 2500 kelvin, motsvarande djup på 7000 kilometer under Neptunus molntoppar. Ett annat experiment vid det geofysiska laboratoriet såg att metan blev instabilt vid endast 7 GPa och 2000 kelvin. Efter formningen skulle tätare diamanter sjunka. Detta "diamantregn" skulle omvandla potentiell energi till värme och hjälpa till att driva konvektionen som genererar Neptunus magnetfält.
Det finns vissa osäkerheter i hur väl de experimentella resultaten gäller Uranus och Neptunus. Vatten och väte blandat med metan kan förändra de kemiska reaktionerna. En fysiker vid Fritz Haber-institutet i Berlin visade att kolet på dessa planeter inte är tillräckligt koncentrerat för att bilda diamanter från grunden. Ett förslag om att diamanter även kan bildas i Jupiter och Saturnus, där koncentrationen av kol är mycket lägre, ansågs osannolikt eftersom diamanterna snabbt skulle lösas upp.
Experiment som letade efter omvandling av metan till diamanter fann svaga signaler och nådde inte de temperaturer och tryck som förväntades i Uranus och Neptunus. Ett nyligen genomfört experiment använde dock chockuppvärmning med laser för att nå temperaturer och tryck som förväntas på ett djup av 10 000 kilometer under Uranus yta. När de gjorde detta med polystyren , införlivades nästan varje kolatom i materialet i diamantkristaller inom en nanosekund.
Extrasolar
I solsystemet består stenplaneterna Merkurius, Venus, Jorden och Mars till 70-90 % av silikater i massa. Däremot kan stjärnor med ett högt förhållande mellan kol och syre kretsas runt av planeter som mestadels är karbider, där det vanligaste materialet är kiselkarbid . Detta har en högre värmeledningsförmåga och en lägre termisk expansivitet än silikater. Detta skulle resultera i snabbare ledande kylning nära ytan, men lägre ned kan konvektionen vara minst lika kraftig som den i silikatplaneter.
En sådan planet är PSR J1719-1438 b , följeslagare till en millisekundspulsar . Den har en densitet som är minst dubbelt så stor som bly och kan huvudsakligen bestå av ultratät diamant. Det tros vara kvarlevan av en vit dvärg efter att pulsaren tagit bort mer än 99 procent av sin massa.
En annan planet, 55 Cancri e , har kallats en "superjord" eftersom den, liksom jorden, är en stenig planet som kretsar kring en solliknande stjärna, men den har dubbelt så stor radie och åtta gånger massan. Forskarna som upptäckte det 2012 drog slutsatsen att det var kolrikt, vilket gör ett överflöd av diamant troligt. Senare analyser med flera mått på stjärnans kemiska sammansättning visade dock att stjärnan har 25 procent mer syre än kol. Detta gör det mindre troligt att planeten i sig är en kolplanet.
Stjärnor
Det har föreslagits att diamanter finns i kolrika stjärnor, särskilt vita dvärgar; Carbonado , en polykristallin blandning av diamant, grafit och amorft kol, som är en av de hårdaste naturliga formerna av kol, finns också och kan komma från supernovor och vita dvärgar . Den vita dvärgen BPM 37093 , ligger 50 ljusår (4,7 × 10 14 km) bort i stjärnbilden Centaurus , har en diameter på 2 500 miles (4 000 km) och kan ha en diamantkärna, vilket skulle göra den till en av de största diamanterna i universum. Av denna anledning fick den smeknamnet Lucy .
2008 publicerade Robert Hazen och kollegor vid Carnegie Institution i Washington, DC en artikel, "Mineral evolution", där de utforskade historien om mineralbildning och fann att mineralernas mångfald har förändrats över tiden i takt med att förhållandena har förändrats . Innan solsystemet bildades fanns endast ett litet antal mineraler närvarande, inklusive diamanter och olivin . De första mineralerna kan ha varit små diamanter som bildats i stjärnor eftersom stjärnor är rika på kol och diamanter bildas vid en högre temperatur än något annat känt mineral.
Se även
