Diamanten onder spanning – de wetenschap tot nu toe

Natuurlijke diamanten vormen zich in de mantel van de aarde op dieptes van 250 tot 800 km. De drukken en temperaturen zijn hier hoog genoeg om waardevolle koolstofkristallen te vormen. Maar ondanks uitgebreid onderzoek blijft het chemische startpunt voor kristalvorming controversieel. Russische en Duitse wetenschappers hebben nu het effect van kleine elektrische velden op diamantvorming bestudeerd. In Science Advances presenteerden ze hun experiment waarin ze de barre omstandigheden in de aardmantel simuleerden en met succes diamanten produceerden.

Yuri N. Palyanov van het Instituut voor Geologie en Mineralogie van de Russische Academie van Wetenschappen in Novosibirsk: “Onze resultaten laten duidelijk zien dat elektrische velden de processen in de mantel aanzienlijk kunnen beïnvloeden.” Hiervoor bouwden hij en zijn collega’s een perforatorpers waarmee ze hoge drukken van 6,3 tot 7,5 GPa en temperaturen van 1300 tot 1600 graden Celsius konden bereiken. Ze bevestigden ook twee elektroden aan het monsterschip om kleine elektrische potentiaalvelden te construeren.

In verschillende experimenten vulden onderzoekers de monstercontainer van de ponspers met een ander mengsel van carbonaat- en silicaatmineralen, zoals die in de mantel. Ze ontdooiden de mengsels tot 1600 ° C en persten ze tot 40 uur onder hoge druk. Tegelijkertijd stellen ze de oplosbaarheid van carbonaten en silicaten bloot aan een elektrische spanning van 0,4 tot 1 volt. In feite vormen diamanten enkele micrometers groot en onstabiel grafiet op de kathode. Zonder een elektrisch potentiaalveld werden echter noch grafietkristallen noch diamantkristallen geproduceerd.

Deze laboratoriumtesten toonden aan dat diamanten kunnen worden gevormd in een hete smelt door elektrochemische kristallisatieprocessen onder hoge druk. Zo presenteerden de onderzoekers een ander stukje van de puzzel om de natuurlijke vorming van diamanten in de aardmantel te verklaren. Omdat zelfs op diepten velden van elektrische spanning kunnen worden opgebouwd door de convectieve bewegingen van geleidende rotsen. “Maar de resultaten kunnen ook leiden tot nieuwe methoden voor hogedruksynthese van diamanten en andere koolstofmaterialen”, zegt Palyanov.