Diese beiden außergewöhnlichen Exemplare wurden in einer südafrikanischen Mine gefördert und zeichnen sich dadurch aus, dass sie gleichzeitig sauerstoffreiche Carbonate und sauerstoffarme Nickellegierungen enthalten. In der Chemie werden diese Zustände als oxidiert bzw. reduziert bezeichnet, zwei grundlegend entgegengesetzte Bedingungen.
Das gemeinsame Vorkommen dieser Materialien in ein und demselben Diamanten hat das Forschungsteam unter der Leitung von Yaakov Weiss von der Hebräischen Universität Jerusalem so überrascht, dass sie die Proben fast ein Jahr lang beiseitelegten, bevor sie ihre Untersuchungen wiederaufnahmen.
Diamant aus Erdtiefen mit außergewöhnlichen Einschlüssen
Bildnachweis: Yael Kempe und Yakov Weiss
Die eingehende Analyse zeigte schließlich, dass diese Einschlüsse genau in dem Moment eingefangen wurden, als sich die Diamanten zwischen den sauerstoffreichen Carbonaten und den reduzierten Metallen des Erdmantels bildeten.
Diese Beobachtung stellt den ersten direkten Beweis für einen solchen Bildungsmechanismus in der Natur dar. Die Forscher erklären, dass diese Reaktion wahrscheinlich stattfindet, wenn karbonatreiche Fluide durch die Bewegung tektonischer Platten in die Tiefe gezogen werden und so mit den Metalllegierungen des Erdmantels in Kontakt kommen.
Die ursprüngliche Tiefe dieser Diamanten, die auf 280 bis 470 Kilometer geschätzt wird, liefert Informationen über die chemische Zusammensetzung der tiefen Schichten unseres Planeten. Theoretische Modelle sagten eine allmähliche Abnahme des verfügbaren Sauerstoffs mit der Tiefe voraus, aber diese Proben zeigen das Vorhandensein oxidierter Materialien in viel tieferen Bereichen als erwartet. Diese Entdeckung stellt einige Hypothesen über die Herkunft von Kimberliten, jenen vulkanischen Gesteinen, die Diamanten an die Oberfläche transportieren, in Frage.
Die nickelreichen Einschlüsse könnten auch ein rätselhaftes Phänomen erklären, das bei einigen Diamanten beobachtet wird: das gelegentliche Vorkommen von Nickelatomen, die Kohlenstoffatome in der Kristallstruktur ersetzen. Maya Kopylova, Professorin an der University of British Columbia, betont, dass diese Substitution angesichts der Massenunterschiede zwischen diesen Elementen unwahrscheinlich erschien. Die neue Studie legt nahe, dass diese Besonderheit das Kennzeichen einer Bildung in großer Tiefe sein könnte und damit neue Forschungsperspektiven eröffnet.
Die Bildung von Diamanten im Erdmantel
Diamanten entstehen unter extremen Temperatur- und Druckbedingungen, typischerweise in 150 bis 200 Kilometern Tiefe im Erdmantel. Entgegen der landläufigen Vorstellung stammen sie nicht aus Kohle, sondern aus reinem Kohlenstoff, der kolossalem Druck ausgesetzt ist, der das 50.000-fache des normalen atmosphärischen Drucks übersteigt.
Der Kristallisationsprozess kann Millionen von Jahren dauern und findet normalerweise in stabilen Zonen des Erdmantels statt, wo die Bedingungen über lange Zeiträume konstant bleiben. Diamanten bilden sich entweder durch Ausfällung aus kohlenstoffreichen Fluiden oder durch direkte Umwandlung von Graphit unter Druckeinwirkung.
Was Diamanten für Geologen so wertvoll macht, ist ihre Fähigkeit, während ihrer Bildung umgebende Minerale einzuschließen. Diese Einschlüsse bewahren intakte Proben des tiefen Erdmantels und bieten Wissenschaftlern direkte Zeugnisse ansonsten unzugänglicher Bedingungen.
Die Diamanten steigen dann durch schnelle vulkanische Eruptionen, sogenannte kimberlitische Eruptionen, zur Oberfläche auf, die sie in nur wenigen Tagen aus mehreren hundert Kilometern Tiefe transportieren können.