Heute ist unser Sonnensystem ziemlich stabil. Es gibt acht Planeten (sorry, Pluto), die konstant um die Sonne kreisen, mit geringem Risiko, von Asteroiden zerquetscht zu werden. Aber es war nicht immer so.
Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, als sich das Sonnensystem gerade bildete, kollidierten häufig große Gesteinsbrocken mit langsam wachsenden Zwergplaneten. Die Ergebnisse waren für beide Körper oft katastrophal und reduzierten sie auf Trümmer, die noch heute auf die Erde einschlagen. Aber manchmal brachten diese heftigen Kollisionen die Erschaffung von etwas Glänzendem und Neuem hervor – vielleicht sogar Diamanten.
Das ist wahrscheinlich passiert, als ein Asteroid in den frühesten Tagen des Sonnensystems einen Zwergplaneten in Stücke zerschmetterte ein neues Papier Diese Woche im Journal erschienen Proceedings of the National Academy of Sciences. Die Kollision war so heftig, sagen die Autoren, dass sie eine Kette von Ereignissen auslöste, die Graphit aus dem Mantel des Zwergplaneten in Diamanten verwandelte, die jetzt in Meteoriten zu finden sind.
Der explosive Prozess, durch den sich diese Weltraum-Edelsteine gebildet haben, könnte laut den Forschern sogar zu einer Methode inspirieren, um im Labor gezüchtete Diamanten herzustellen, die härter sind als die, die Menschen abbauen.
„Wir sagen immer, ein Diamant ist das härteste Material. Es ist natürlich, nichts, was wir im Labor herstellen konnten, ist härter als Diamant. Dennoch gab es im Laufe der Jahre Hinweise aus der Forschung, dass es Formen von Diamanten gibt, die tatsächlich härter zu sein scheinen als Einkristall-Diamanten. Und das wäre immens nützlich“, sagt er Laurence Garvie, ein Forschungswissenschaftler am Center for Meteorite Studies an der Arizona State University, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war. „Hier ist eine Hypothese, die zu einem neuen Verständnis der Bildung dieser Materialien beitragen könnte.“ Und eine solche Möglichkeit, fügt er hinzu, ist verlockend für alle Arten von Industrie- und Verbraucheranwendungen.
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Auf der Erde entstehen Diamanten, wenn Kohlenstoffablagerungen hohem Druck und hohen Temperaturen ausgesetzt werden, typischerweise durch Geoprozesse, die tief unter der Erdkruste rumpeln. Aber diese Erklärung machte für einen kohlenstoffreichen Meteoriten, genannt ein Ureilit, das auf mysteriöse Weise mit Weltraumdiamanten gefüllt ist. Garvie erklärt, dass es ziemlich viel Masse braucht, um genügend Druck auf den Kohlenstoff auszuüben, viel mehr als der Zwergplanet, von dem diese alten Felsen wahrscheinlich stammen. Stattdessen haben einige Meteorologen dies vorgeschlagen Schock durch einen Aufprall löste die Transformation aus.
Aber der Schock allein erkläre die Kristalle in den Ureiliten nicht vollständig, sagt er Alan Salek, ein Physikforscher am Royal Melbourne Institute of Technology und einer der Autoren des neuen Papiers. Zum Beispiel sind die Diamanten der Meteoriten viel größer als alle, die in Laborexperimenten geschaffen wurden, die die vorgeschlagenen Bedingungen nachahmten, sagt er.
Darüber hinaus haben Wissenschaftler Widersprüchlichkeiten in der Zusammensetzung der Urelite festgestellt. Einige scheinen keine Hinweise auf Diamanten zu haben. Andere enthalten Kohlenstoffkristalle, die sich deutlich von Verlobungsringsteinen unterscheiden: Die Strukturen haben mehr Falten, mit Atomen, die eher sechseckig als würfelförmig erscheinen. Diese zusätzlichen Seiten sollen das Material härter machen.
aber Andreas Tomkinsein Geowissenschaftler an der Monash University, der die neuesten Forschungen leitete, schreibt in einer E-Mail an Populärwissenschaften„Natürlich weiß jeder, dass Diamant sehr hart ist, also sollte es unmöglich sein, ihn zu falten.“
Nachdem sie die atomaren Eigenschaften des Kohlenstoffs in Ureiliten untersucht hatten, entwarfen Tomkins, Salek und ihre Kollegen ein Szenario, von dem sie sagen, dass es alle Macken der Edelsteine erklären kann. Die Geschichte besagt, dass ein Asteroid, als er im aktiven frühen Sonnensystem auf einen Zwergplaneten prallte, tief in den Mutterkörper der Ureiliten eindrang und eine Reihe von Ereignissen auslöste.
Der Zwergplanet enthielt gefalteten Graphit im Zwergplaneten. Sobald der Asteroid einschlug, entlastete die heftige Kollision den Mantel, ähnlich wie wenn man den Deckel von einer Getränkeflasche abdreht, erklärt Tomkins. Diese schnelle Dekompression ließ einen Teil des Mantels schmelzen und Flüssigkeiten und Gase freisetzen, die dann mit Mineralien reagierten. Die Aktivität zwang das gefaltete Graphit im Planeten, sich in die hexagonalen Kristalle umzuwandeln. Später, als der Druck und die Temperatur sanken, bildeten sich auch regelmäßige kubische Diamanten.
Die hexagonale Struktur der Kristalle ist immer noch Gegenstand einiger Kontroversen. Einige Wissenschaftler argumentieren, dass die Form sie ausmacht eine andere Art von Diamant, bekannt als Lonsdaleit. Der Edelstein wurde erstmals 1967 im Crater Diablo in Arizona identifiziert und seitdem an anderen Einschlagstellen auf der ganzen Welt gefunden. Andere haben vorgeschlagen, dass das Material so etwas wie eine Momentaufnahme einer ungeordneten Diamantbildung ist. Garvie und seine Kollegen haben alternative Erklärungen gegeben, wie z Diamanten mit graphinartigen Verwachsungen. Aber Salek und Tomkins sagen, dass ihre neue Forschung definitiv beweist, dass die auf Ureilit basierenden Edelsteine tatsächlich sechseckige Diamanten sind und daher als Lonsdaleit klassifiziert werden sollten.
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Wie auch immer es definiert ist, Wissenschaftler sind sich einig, dass diese Substanz wertvolle Eigenschaften haben könnte. Ein Versuch, Lonsdaleit nachzubilden, maß indirekt das zu seinde Material 58 Prozent stärker als sein kubisches Gegenstück. Wenn die Substanz in einem Labor künstlich hergestellt werden kann, sagt Garvie, „sind die Möglichkeiten endlos“, und beschreibt potenzielle Anwendungen für Schutzbeschichtungen auf beispielsweise einem iPhone oder einem Kameraobjektiv. Salek schlägt vor, Sägen und andere Schneidgeräte mit so harten Klingen herzustellen, dass sie nicht stumpf werden können.
Die von Salek und Tomkins gefundenen Kristalle sind jedoch nur etwa 2 Prozent so groß wie ein menschliches Haar. Erwarten Sie also nicht, Ihre Liebe zu einem seltenen Uereilit-Diamanten in absehbarer Zeit zu bekennen. Aber, fügt Salek hinzu, „die Hoffnung ist, den Prozess nachzuahmen [from space] und größere machen.“