Wie Diamanten im Erdmantel entstehen

Jan Oliver Löfken

Auf dunklen Steinen liegt ein geschliffener Diamant.

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Natürliche Diamanten entstehen im Erdmantel in Tiefen zwischen 250 und 800 Kilometern. Dort herrschen ausreichend hohe Drücke und Temperaturen, damit sich die wertvollen Kristalle aus Kohlenstoff bilden können. Doch der chemische Startpunkt für die Kristallisation ist trotz intensiver Forschung bislang noch umstritten. Auf der Suche nach einer Erklärung, überprüften Wissenschaftler nun den Einfluss von kleinen elektrischen Feldern. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Science Advances“ berichten, konnten sie mit ihren Experimenten die extremen Bedingungen im Erdmantel nachstellen und erfolgreich Diamanten herstellen.

Schwarze-weiße Mikroskopaufnahme eines Diamanten: Glatter dunkelgrauer Körper mit dreieckiger Außenseite

Vergrößerter Diamant

Zunächst konstruierten Yuri Palyanov von der Russischen Akademie der Wissenschaften in Nowosibirsk und seine Kollegen eine spezielle Stempelpresse, mit der sich Drücke zwischen 6,3 und 7,5 Gigapascal und Temperaturen von 1300 bis 1600 Grad Celsius erreichen ließen. Zusätzlich schlossen sie an das Probengefäß zwei Elektroden an, um kleine elektrische Spannungsfelder aufzubauen. In mehreren Versuchen füllten die Forscher verschiedene Mischungen aus Karbonaten und Silikaten – also Mineralien, wie sie auch im Erdmantel vorliegen – in das Probengefäß der Stempelpresse. Die Mischungen heizten sie auf bis zu 1600 Grad Celsius auf und pressten sie bis zu vierzig Stunden lang unter hohen Drücken. Zugleich setzten Palyanov und seine Kollegen die Karbonat-Silikat-Schmelzen elektrischen Spannungen zwischen 0,4 und 1 Volt aus. Und tatsächlich bildeten sich an der Kathode einige Mikrometer große Diamanten und zudem metastabiles Grafit. Ohne elektrisches Spannungsfeld entstanden dagegen weder Grafit noch Diamantkristalle.

„Unsere Ergebnisse zeigen klar, dass elektrische Felder signifikant die Prozesse im Erdmantel beeinflussen können“, sagt Palyanov. Damit liefern die Forscher ein weiteres Puzzleteil, um die natürliche Diamantbildung im Erdmantel zu erklären. Denn aufgrund der Konvektionsbewegungen elektrisch leitfähiger Gesteinsschmelzen können sich auch in der Tiefe elektrische Felder aufbauen. „Doch die Ergebnisse könnten auch zu neuen Methoden für eine Hochdrucksynthese von Diamanten und anderen Kohlenstoffmaterialien führen“, sagt Palyanov.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/materie/news/2021/wie-diamanten-im-erdmantel-entstehen/