donderdag 19 januari 2012

Diamanten komen van zeer diep. En wel zeer snel.

Diamant is inhoudelijk niets anders dan ordinaire koolstof (C). Dezelfde samenstelling dus als grafiet en als het hoofdbestanddeel van steenkool en houtskool.
En toch is diamant keihard en is grafiet zo zacht dat we het als smeermiddel gebruiken.
Het opvallend verschil is een gewoon een gevolg van de verschillende wijze waarmee de koolstofatomen aan elkaar gebonden zijn.
Dat verschil wordt duidelijk in de volgende figuur:

image
Zoals je ziet zijn de C-atomen in diamant onderling zeer sterk verbonden tot een uitzonderlijk stevig driedimensionaal netwerk dat vrijwel niet stuk te krijgen is: diamant is het hardste natuurlijk materiaal.
In de grafietstructuur daarentegen zien we dat de C-atomen in lagen voorkomen die los boven elkaar liggen. Die lagen kunnen t.o.v. elkaar gemakkelijk verschuiven. Daardoor krijgt grafiet een smerende werking en kunnen met met een potlood gemakkelijk laagjes grafiet van de stift op ons papier wrijven.

Hoe kan koolstof in twee zo’n totaal verschillende gedaanten voorkomen?
Dit heeft alles te maken met de omstandigheden waarin de koolstof zich bevindt.
Alleen bij de zeer hoge drukken (45 tot 60 kbar) en bij de zeer hoge temperaturen (1500 tot 1800 °C), die heersen op 120 tot 300 km diep in de aarde, kunnen de C-atomen tot diamant op elkaar geperst worden.
Maar hoe komt die diamant van zo diep dan tot bijna aan de aardoppervlakte terecht?
Want in Namibië en Zuid-Afrika wordt diamant gedolven in zandlagen op enkele meters onder het oppervlak en vóór de kusten van Lüderitz wordt zelfs op diamant gevist!

De diamant moet dus op één of andere wijze naar het oppervlak gebracht worden.
Laboratoriumtesten wijzen zelfs uit dat dit snel moet gebeuren zoniet zou de structuur bij de hoge temperaturen onstabiel worden en uiteenvallen.
Een groep onderzoekers van de University of British Columbia in Vancouver, onder leiding van vulkanoloog prof. Kelly Russell, heeft een oplossing voor dit raadsel gepubliceerd in Nature.

Carbonaatrijke gesteenten bevatten veel opgelost koolstofdioxidegas (CO2).
In silicaatrijke gesteenten is koolstofdioxidegas veel minder oplosbaar.
In de diepe aardlagen waar diamant gevormd wordt, komen gesmolten carbonaatgesteenten in contact met hoger gelegen gesmolten silicaatgesteenten.
Door de reactie tussen beide komt de opgeloste CO2 grotendeels vrij en het mengsel (diamanthoudend magma) wordt daardoor naar omhoog gedreven met een hoge snelheid. De diamanten worden meegesleurd.
Uit de experimenten van de onderzoekers blijkt dat die snelheid tot 14km/h kan bedragen. Dit betekent dat het magma met de diamanten in 3 à 8 uur van een diepte van 120km naar het aardoppervlak kan gebracht worden. Voldoende snel om de diamanten intact te houden.
Aan het oppervlak stolt het magma tot het bekende kimberliet.

image

Het zo verdoemde gas CO2
zorgt er dus voor dat de koolstofkristallen, waar handige vaklui fonkelende steentjes uit slijpen, zeer snel van zeer diep naar boven komen.
”Diamants are a girls best friend”. CO2 zou het dus ook een beetje moeten zijn.

Geen opmerkingen:

Een reactie plaatsen