Die meisten natürlichen Diamanten stammen aus besonderen vulkanischen Formationen, die Kimberlite genannt werden. Diese karottenförmigen Schächte reichen mehr als 150 Kilometer unter die Erdoberfläche hinab und bieten Geologen ein einzigartiges Fenster in die tiefen Schichten unseres Planeten. Das Magma, aus dem sie bestehen, steigt mit beeindruckender Geschwindigkeit auf, die bis zu 130 Kilometer pro Stunde erreichen kann, und trägt dabei Gesteinsfragmente und Mineralien mit sich, die während seines blitzschnellen Aufstiegs eingefangen wurden.
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Forscher der Universität Oslo haben kürzlich in Geology eine Studie veröffentlicht, die die Mechanismen hinter diesen Eruptionen beleuchtet. Mithilfe von Computermodellen analysierte das Team, wie bestimmte flüchtige Substanzen die Fähigkeit der Magmen verändern, zur Oberfläche aufzusteigen. Ihre Arbeit ermöglicht es erstmals, die für den Ausbruch eines Kimberlits notwendigen Bedingungen genau zu quantifizieren und löst damit teilweise ein jahrzehntealtes geologisches Rätsel.
Die Geschwindigkeit des Aufstiegs ist entscheidend für die Erhaltung der Diamanten, da sie verhindert, dass diese sich in Graphit umwandeln, eine nahe der Oberfläche stabilere Form von Kohlenstoff. Die genaue Zusammensetzung des ursprünglichen Magmas und die Gründe für seine außergewöhnliche Geschwindigkeit waren jedoch kaum verstanden. Wissenschaftler können diese ursprünglichen Magmen nicht direkt beobachten, weshalb sie auf indirekte Methoden zurückgreifen müssen, um ihre Eigenschaften zu rekonstruieren.
Das Team konzentrierte sich auf den Jericho-Kimberlit im Nordwesten Kanadas, um verschiedene ursprüngliche Mischungen chemisch zu modellieren. Ihr Ansatz bestand darin, die Entwicklung eines Kimberlit-Magmas in verschiedenen Tiefen zu simulieren und dabei die Anteile von Kohlendioxid und Wasser zu variieren. Diese atomaren Simulationen ermöglichten es, zu bestimmen, wie sich die Dichte des Magmas unter verschiedenen Bedingungen veränderte und ob es leicht genug blieb, um seinen Aufstieg fortzusetzen.
Diamantenmine.
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Die Ergebnisse zeigen, dass Kohlendioxid eine entscheidende Rolle für den Erfolg der Eruption spielt. Für den Jericho-Kimberlit sind mindestens 8,2 % dieser flüchtigen Substanz erforderlich, um den Aufstieg zu gewährleisten. Ohne diese kritische Menge wäre das Magma zu dicht, um die Erdkruste zu durchdringen, und die Diamanten blieben in den Tiefen gefangen. Wasser hingegen erhält die Fließfähigkeit des Magmas aufrecht und erleichtert so seine Aufwärtsbewegung.
Diese Forschung zeigt, wie kleine chemische Variationen großskalige geologische Prozesse beeinflussen können. Die präzise Modellierung des Verhaltens von Magmen, die reich an flüchtigen Substanzen sind, eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis der Bildung von Diamantvorkommen und der Tiefendynamik unseres Planeten.
Die Entstehung und Erhaltung natürlicher Diamanten
Diamanten bilden sich unter extremen Bedingungen in Tiefen, in denen der Druck 45.000 Mal höher ist als der der Atmosphäre und die Temperatur etwa 1.000 Grad Celsius beträgt. Diese Kristalle aus reinem Kohlenstoff kristallisieren über Millionen von Jahren langsam aus, eingeschlossen in Gesteinen des Erdmantels. Ihre Stabilität unter diesen Tiefenbedingungen steht in Kontrast zu ihrer Fragilität nahe der Oberfläche.
Die Umwandlung von Diamanten in Graphit stellt die Hauptgefahr während ihres Aufstiegs zur Oberfläche dar. Diese Veränderung tritt auf, wenn die Kristalle auf ihrem Weg nach oben zu lange intermediären Temperaturen und Drücken ausgesetzt sind. Die atomare Struktur des Diamanten, so hart und durchsichtig, ordnet sich dann zu Graphit um, der viel weicher und undurchsichtig ist.
Die außergewöhnliche Geschwindigkeit von Kimberlit-Eruptionen ist der Schlüssel zur Erhaltung. Indem sie mit mehr als 100 Kilometern pro Stunde aufsteigen, durchqueren die Diamanten schnell die gefährlichen Zonen, in denen die Umwandlung stattfinden könnte. Diese Expressreise bringt sie an die Oberfläche, bevor ihre Kristallstruktur Zeit hat, sich zu verändern.
Kimberlite wirken wie ultraschnelle natürliche Aufzüge, die die Diamanten in ihrem rasanten Rennen zur Oberfläche einfangen. Ohne diesen beschleunigten Transportmechanismus würde keiner dieser Edelsteine jemals die Erdkruste erreichen, wo wir sie entdecken können.