Professor Andy Tomkins (links) von der Monash University mit Alan Salek, PhD-Stipendiat der RMIT University, und einer Uereilit-Meteorprobe. Bildnachweis: RMIT University
Seltsame Diamanten von einem alten Zwergplaneten in unserem Sonnensystem haben sich möglicherweise kurz nach der Kollision des Zwergplaneten mit einem großen Asteroiden vor etwa 4,5 Milliarden Jahren gebildet.
Ein Team von Wissenschaftlern sagte, sie hätten die Existenz von Lonsdaleit, einer seltenen sechseckigen Form von Diamant, in Ureilit-Meteoriten aus dem Mantel eines Zwergplaneten bestätigt.
Lonsdaleite ist nach der berühmten britischen Kristallographin Dame Kathleen Lonsdale benannt, die als erste Frau zum Fellow der Royal Society gewählt wurde.
Das Forschungsteam – mit Wissenschaftlern der Monash University, der RMIT University, des CSIRO, des Australian Synchrotron und der Plymouth University – fand Beweise dafür, wie sich Lonsdaleit in Ureilit-Meteoriten gebildet hat. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse am 12. September in der Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Der Geologe Professor Andy Tomkins von der Monash University leitete die Studie.
Lonsdaleit, in Bezug auf die Kristallstruktur auch als hexagonaler Diamant bekannt, ist ein Allotrop aus Kohlenstoff mit einem hexagonalen Gitter, im Gegensatz zum kubischen Gitter von herkömmlichem Diamant. Es wurde zu Ehren von Kathleen Lonsdale, einer Kristallographin, benannt.
RMIT-Professor Dougal McCulloch, einer der beteiligten leitenden Forscher, sagte, das Team habe vorhergesagt, dass die hexagonale Struktur der Atome von Lonsdaleit es möglicherweise härter mache als normale Diamanten, die eine kubische Struktur hätten.
„Diese Studie beweist kategorisch, dass Lonsdaleit in der Natur vorkommt“, sagte McCulloch, Direktor der RMIT Microscopy and Microanalysis Facility.
„Wir haben auch die größten bisher bekannten Lonsdaleit-Kristalle entdeckt, die bis zu einem Mikrometer groß sind – viel, viel dünner als ein menschliches Haar.“
Laut dem Forschungsteam könnte die ungewöhnliche Struktur von Lonsdaleit dazu beitragen, neue Herstellungstechniken für ultraharte Materialien in Bergbauanwendungen zu entwickeln.
Was ist der Ursprung dieser mysteriösen Diamanten?
McCulloch und sein RMIT-Team, der Doktorand Alan Salek und Dr. Matthew Field, verwendeten fortschrittliche Elektronenmikroskopietechniken, um solide und intakte Scheiben der Meteoriten aufzunehmen und Schnappschüsse davon zu erstellen, wie sich Lonsdaleit und reguläre Diamanten gebildet haben.
„Es gibt starke Beweise dafür, dass es einen neu entdeckten Bildungsprozess für den Lonsdaleit und den regulären Diamanten gibt, der wie ein überkritischer chemischer Dampfabscheidungsprozess ist, der in diesen Weltraumgesteinen stattgefunden hat, wahrscheinlich auf dem Zwergplaneten kurz nach einer katastrophalen Kollision“, sagte McCulloch .
„Die chemische Gasphasenabscheidung ist eine der Möglichkeiten, wie Menschen Diamanten im Labor herstellen, im Wesentlichen indem sie in einer speziellen Kammer gezüchtet werden.“
Professor Dougal McCulloch (links) und Doktorand Alan Salek vom RMIT mit Professor Andy Tomkins von der Monash University (rechts) an der RMIT Microscopy and Microanalysis Facility. Bildnachweis: RMIT University
Tomkins sagte, die Gruppe schlug vor, dass sich Lonsdaleit in den Meteoriten aus einer überkritischen Flüssigkeit bei hoher Temperatur und mäßigem Druck bildete und die Form und Textur des bereits vorhandenen Graphits fast perfekt bewahrte.
„Später wurde Lonsdaleit teilweise durch Diamant ersetzt, als die Umgebung abkühlte und der Druck abnahm“, sagte Tomkins, ein ARC Future Fellow an der School of Earth, Atmosphere and Environment der Monash University.
„Die Natur hat uns also einen Prozess zur Verfügung gestellt, den wir in der Industrie ausprobieren und replizieren können. Wir glauben, dass Lonsdaleit zur Herstellung winziger, ultraharter Maschinenteile verwendet werden könnte, wenn wir ein industrielles Verfahren entwickeln können, das den Ersatz vorgeformter Graphitteile durch Lonsdaleit fördert.“
Tomkins sagte, die Studienergebnisse hätten dazu beigetragen, ein langjähriges Rätsel bezüglich der Bildung der Kohlenstoffphasen in Ureiliten zu lösen.
Die Kraft der Zusammenarbeit
Dr. Nick Wilson von CSIRO sagte, die Zusammenarbeit von Technologie und Fachwissen der verschiedenen beteiligten Institutionen habe es dem Team ermöglicht, die Lonsdaleite mit Zuversicht zu bestätigen.
Bei CSIRO wurde ein Elektronensonden-Mikroanalysator verwendet, um die relative Verteilung von Graphit, Diamant und Lonsdaleit in den Proben schnell zu kartieren.
„Einzeln gibt uns jede dieser Techniken eine gute Vorstellung davon, was dieses Material ist, aber zusammengenommen ist das wirklich der Goldstandard“, sagte er.
Referenz: „Sequentielle Bildung von Lonsdaleit zu Diamant in Ureilit-Meteoriten über Vor Ort Chemical Fluid/Vapor Deposition“ von Andrew G. Tomkins, Nicholas C. Wilson, Colin MacRae, Alan Salek, Matthew R. Field, Helen EA Brand, Andrew D. Langendam, Natasha R. Stephen, Aaron Torpy, Zsanett Pintér, Lauren A .Jennings und Dougal G. McCulloch, 12. September 2022, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2208814119