Nowe badanie wykazało, że zanim diamenty zaczną rosnąć głęboko pod ziemią w płaszczu Ziemi, potrzebują niewielkiego uderzenia pola elektrycznego.
W eksperymentach laboratoryjnych naukowcy naśladować warunki w płaszczu – warstwie tuż pod ziemską skorupą – i okazało się, że diamenty zaczynają się tworzyć tylko pod wpływem pola elektrycznego, – nawet słabego o wartości około 1 wolta – według badania, które zostało opublikowane online 20 stycznia w czasopiśmie Science Advances.
„Nasze wyniki jasno pokazują, że pola elektryczne należy traktować jako ważny dodatkowy czynnik wpływający na krystalizację diamentów” – powiedział główny badacz Jurij Palianow, specjalista od diamentów z V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, and at Novosibirsk State University, napisał w oświadczeniu.
Diamenty składają się z atomów węgla ułożonych w określonej strukturze krystalicznej. Tworzą się ponad 90 mil (150 kilometrów) pod powierzchnią Ziemi, gdzie ciśnienie osiąga kilka gigapaskali, a temperatura może wzrosnąć do 2732 stopni Fahrenheita (1500 stopni Celsjusza). Ale wiele czynników stojących za „narodzinami” tego klejnotu – cenionego za swoje piękno i ekstremalną twardość – pozostaje tajemnicą; Dlatego zespół rosyjskich i niemieckich naukowców przyjrzał się w szczególności jednemu czynnikowi: podziemnym polom elektrycznym.
Naukowcy zebrali składniki wyjściowe potrzebne do wytworzenia diamentów – pyły węglanowe i węglanowo-krzemianowe, które są podobne do bogatych w węglany stopów występujących w płaszczu. Umieścili te pyły w sztucznym płaszczu w swoim laboratorium i poddali je ciśnieniu do 7,5 gigapaskala i temperaturom do 2912 F (1600 C) oraz polom elektrycznym zasilanym elektrodami w zakresie od 0,4 do 1 wolta. Po różnych okresach trwających do 40 godzin diamenty (i ich bardziej miękki kuzyn węglowy, grafit) utworzyły się, ale tylko wtedy, gdy naukowcy ustawili pole elektryczne o wartości około 1 wolta – czyli słabszego niż większość baterii domowych.
Ponadto diamenty i grafit tworzyły się tylko na katodzie, czyli w ujemnej części pola elektrycznego. To miejsce dostarcza elektronów do przyspieszenia procesu chemicznego – głównie po to, aby pewne związki węgla i tlenu w węglanach mogły przejść szereg reakcji, aby przekształcić się w dwutlenek węgla i ostatecznie w atomy węgla, które mogą tworzyć diament.
Diamenty syntetyczne były małe, o średnicy nie większej niż 0,007 cala (200 mikrometrów, czyli jedna piąta milimetra), ale były zaskakująco podobne do diamentów naturalnych – oba miały ośmiościenny kształt i niewielkie ilości innych pierwiastków i związków, w tym relatywnie wysoka zawartość azotu i wtrącenia krzemianowo-węglanowe, znane również jako diamentowe „znamiona” lub niedoskonałości, stwierdzili naukowcy.
Eksperymenty te sugerują, że lokalne pola elektryczne odgrywają kluczową rolę w tworzeniu się diamentów w płaszczu Ziemi – stwierdzili naukowcy. To lokalne napięcie jest prawdopodobnie wytwarzane przez stopione skały i płyny w płaszczu, które mają wysokie przewodnictwo elektryczne, ale nie jest jasne, jak silne są te pola elektryczne, donosi Chemistry World .
„Nasze podejście jest interesujące dla rozwoju nowych metod produkcji diamentów i innych materiałów węglowych o specjalnych właściwościach” – napisał Palyanov w innym oświadczeniu .
Źródła: Laura Geggel
Diamond formation in an electric field under deep Earth conditions
Electric fields deep in Earth’s mantle helps diamond crystallise
Ученые определили роль электрического поля при образовании алмазов в мантии Земли
Zdjęcia: Mina De La O via Getty Images
