Diamenty pozaziemskie - Extraterrestrial diamonds
Chociaż diamenty na Ziemi są rzadkie, diamenty pozaziemskie (diamenty uformowane poza Ziemią) są bardzo powszechne. Diamenty tak małe, że zawierają tylko około 2000 atomów węgla, są obfite w meteoryty, a niektóre z nich powstały w gwiazdach przed istnieniem Układu Słonecznego . Eksperymenty wysokociśnieniowe sugerują, że duże ilości diamentów powstają z metanu na lodowych olbrzymach Uran i Neptun , podczas gdy niektóre planety w innych układach planetarnych mogą być prawie czystym diamentem. Diamenty znajdują się również w gwiazdach i mogły być pierwszym minerałem, jaki kiedykolwiek powstał.
Meteoryty
W 1987 roku zespół naukowców zbadał niektóre prymitywne meteoryty i znalazł ziarna diamentu o średnicy około 2,5 nanometra ( nanodiamenty ). Uwięzione w nich były gazy szlachetne, których sygnatura izotopowa wskazywała, że pochodzą spoza Układu Słonecznego . Analizy dodatkowych prymitywnych meteorytów również wykazały nanodiamenty. Zapis ich pochodzenia został zachowany pomimo długiej i gwałtownej historii, która rozpoczęła się, gdy zostały wyrzucone z gwiazdy do ośrodka międzygwiazdowego , przeszły proces formowania się Układu Słonecznego , zostały włączone do ciała planetarnego, które później zostało rozbite na meteoryty, i ostatecznie rozbił się na powierzchni Ziemi.
W meteorytach nanodiamenty stanowią około 3% węgla i 400 części na milion masy. Ziarna węglika krzemu i grafitu również mają anomalne wzory izotopowe. Łącznie są one znane jako ziarna przedsłoneczne lub gwiezdny pył, a ich właściwości ograniczają modele nukleosyntezy w gigantycznych gwiazdach i supernowych .
Nie jest jasne, ile nanodiamentów w meteorytach naprawdę pochodzi spoza Układu Słonecznego. Tylko bardzo niewielka część z nich zawiera gazy szlachetne pochodzenia przedsłonecznego i do niedawna nie było możliwe ich indywidualne badanie. Przeciętnie stosunek węgla-12 do węgla-13 pasuje do atmosfery ziemskiej, podczas gdy stosunek azotu-14 do azotu-15 odpowiada Słońcu . Techniki takie jak tomografia sondy atomowej umożliwią badanie pojedynczych ziaren, jednak ze względu na ograniczoną liczbę atomów rozdzielczość izotopowa jest ograniczona.
Jeśli większość nanodiamentów powstała w Układzie Słonecznym, rodzi się pytanie, jak to jest możliwe. Na powierzchni ziemi , grafit jest minerał stabilny węgla, podczas gdy większe diamenty mogą być utworzone tylko w rodzaju temperaturach i ciśnieniach głębokości znajdują się w płaszczu . Jednak nanodiamenty są zbliżone do wielkości cząsteczkowej: jeden o średnicy 2,8 nm, czyli średniej wielkości, zawiera około 1800 atomów węgla. W bardzo małych minerałach energia powierzchniowa jest ważna, a diamenty są bardziej stabilne niż grafit, ponieważ struktura diamentu jest bardziej zwarta. Stabilność zwrotnicy wynosi od 1 do 5 nm. W jeszcze mniejszych rozmiarach można znaleźć wiele innych form węgla, takich jak fulereny, a także rdzenie diamentowe owinięte w fulereny.
Najbardziej bogate w węgiel meteoryty, których liczebność dochodzi do 7 części na tysiąc, to ureility . Nie mają one znanego ciała rodzicielskiego, a ich pochodzenie jest kontrowersyjne. Diamenty są powszechne w bardzo wstrząsanych ureilitach i uważa się, że większość z nich powstała w wyniku uderzenia w Ziemię lub w inne ciała w kosmosie. Jednak znacznie większe diamenty znaleziono w fragmentów meteorytu zwany Almahata Sitta , znalezionego w Nubian pustyni w Sudanie . Zawierały inkluzje minerałów żelaznych i siarkonośnych, pierwsze inkluzje występujące w diamentach pozaziemskich. Datowano je na kryształy mające 4,5 miliarda lat i powstały przy ciśnieniu większym niż 20 gigapaskali. Autorzy badania z 2018 r. doszli do wniosku, że musiały pochodzić z protoplanety, już nienaruszonej, o rozmiarach między Księżycem a Marsem.
Emisje w podczerwieni z kosmosu, obserwowane przez Obserwatorium Kosmiczne Podczerwieni i Teleskop Kosmiczny Spitzera , jasno pokazały, że cząsteczki zawierające węgiel są wszechobecne w kosmosie. Należą do nich wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), fulereny i diamentoidy (węglowodory o takiej samej strukturze krystalicznej jak diament). Gdyby pył w kosmosie miał podobną koncentrację, jego gram zawierałby ich do 10 biliardów, ale jak dotąd niewiele jest dowodów na ich obecność w ośrodku międzygwiazdowym; trudno je odróżnić od diamentoidów.
Badanie z 2014 roku prowadzone przez Jamesa Kennetta z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara zidentyfikowało cienką warstwę diamentów rozsianych na trzech kontynentach. To poparło kontrowersyjną hipotezę, że zderzenie dużej komety z Ziemią około 13 000 lat temu spowodowało wyginięcie megafauny w Ameryce Północnej i położyło kres kulturze Clovis w okresie młodszego dryasu. Zgłoszone dane dotyczące nanodiamentów są uważane przez niektórych za najsilniejszy fizyczny dowód na uderzenie/bolid młodszego dryasu. Jednak badanie to było poważnie wadliwe i opierało się na wątpliwych i niewiarygodnych metodach pomiaru obfitości nanodiamentów w osadach. Co więcej, większość opisywanych „nanodiamentów” na granicy młodszego dryasu wcale nie jest diamentem, ale raczej kontrowersyjnym „n-diamentem”. Wykorzystanie „n-diamentu” jako znacznika uderzenia jest problematyczne ze względu na obecność natywnych nanokryształów Cu w osadach, które można łatwo pomylić z „n-diamentem”, gdyby w ogóle istniała ta kontrowersyjna faza węglowa.
Planety
Układ Słoneczny
.jpg)
W 1981 roku Marvin Ross napisał artykuł zatytułowany „Warstwa lodu na Uranie i Neptunie – diamenty na niebie?” w którym zaproponował, że we wnętrzu tych planet można znaleźć ogromne ilości diamentów. W Lawrence Livermore , którą analizuje się dane z kompresją fali uderzeniowej z metanu (CH 4 ) i stwierdzono, że ciśnienie skrajne oddzielone atom węgla z wodorem, uwalniając go rombowym.
Modele teoretyczne Sandro Scandolo i innych przewidywały, że diamenty będą formować się przy ciśnieniu ponad 300 gigapaskali (GPa), ale nawet przy niższym ciśnieniu metan zostanie rozerwany i utworzy łańcuchy węglowodorów. Eksperymenty wysokociśnieniowe przeprowadzone na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley przy użyciu diamentowej komórki kowadełka wykazały oba zjawiska przy zaledwie 50 GPa i temperaturze 2500 kelwinów, co odpowiada głębokości 7000 kilometrów poniżej wierzchołków chmur Neptuna. W innym eksperymencie w Laboratorium Geofizycznym metan stał się niestabilny przy zaledwie 7 GPa i 2000 kelwinów. Po uformowaniu gęstsze diamenty toną. Ten „diamentowy deszcz” zamieniłby energię potencjalną w ciepło i pomógłby napędzać konwekcję, która generuje pole magnetyczne Neptuna.
Istnieją pewne wątpliwości co do tego, jak dobrze wyniki eksperymentów odnoszą się do Urana i Neptuna. Woda i wodór zmieszane z metanem mogą zmieniać reakcje chemiczne. Fizyk z Instytutu Fritza Habera w Berlinie wykazał, że węgiel na tych planetach nie jest wystarczająco skoncentrowany, aby tworzyć od podstaw diamenty. Propozycja, że diamenty mogą powstawać również w Jowiszu i Saturnie, gdzie koncentracja węgla jest znacznie niższa, uznano za mało prawdopodobną, ponieważ diamenty szybko by się rozpuściły.
Eksperymenty mające na celu konwersję metanu do diamentów wykazały słabe sygnały i nie osiągnęły oczekiwanych temperatur i ciśnień na Uranie i Neptunie. Jednak w niedawnym eksperymencie zastosowano ogrzewanie szokowe za pomocą laserów, aby osiągnąć temperatury i ciśnienia oczekiwane na głębokości 10 000 kilometrów pod powierzchnią Urana. Kiedy zrobili to z polistyrenem , prawie każdy atom węgla w materiale został włączony do kryształów diamentu w ciągu nanosekundy.
Pozasłoneczny
W Układzie Słonecznym skaliste planety Merkury, Wenus, Ziemia i Mars zawierają od 70% do 90% masy krzemianów. Dla kontrastu, gwiazdy o wysokim stosunku węgla do tlenu mogą krążyć wokół planet, które są w większości z węglików, przy czym najpopularniejszym materiałem jest węglik krzemu . Ma wyższą przewodność cieplną i niższą rozszerzalność cieplną niż krzemiany. Spowodowałoby to szybsze chłodzenie przewodzące w pobliżu powierzchni, ale niżej konwekcja mogłaby być co najmniej tak silna jak na planetach krzemianowych.
Jedną z takich planet jest PSR J1719-1438 b , towarzysz pulsara milisekundowego . Ma gęstość co najmniej dwukrotnie większą od ołowiu i może składać się głównie z bardzo gęstego diamentu. Uważa się, że jest to pozostałość białego karła po tym, jak pulsar odebrał ponad 99 procent swojej masy.
Inna planeta, 55 Cancrie , została nazwana „super-Ziemią”, ponieważ, podobnie jak Ziemia, jest planetą skalistą krążącą wokół gwiazdy podobnej do Słońca, ale jej promień jest dwa razy większy i ma osiem razy większą masę. Naukowcy, którzy odkryli go w 2012 roku, doszli do wniosku, że jest on bogaty w węgiel, co sprawia, że obfitość diamentu jest prawdopodobna. Jednak późniejsze analizy wykorzystujące wiele pomiarów składu chemicznego gwiazdy wykazały, że gwiazda ma o 25% więcej tlenu niż węgla. To sprawia, że jest mniej prawdopodobne, że sama planeta jest planetą węglową.
Gwiazdy
Zaproponowano, że diamenty występują w gwiazdach bogatych w węgiel, zwłaszcza białych karłach; a carbonado , polikrystaliczna mieszanka diamentu, grafitu i amorficznego węgla oraz najtwardsza naturalna forma węgla, może pochodzić z supernowych i białych karłów . Biały karzeł, BPM 37093 , znajdujący się 50 lat świetlnych (4,7 × 10 14 km) od nas w gwiazdozbiorze Centaura i mający średnicę 2500 mil (4000 km), może mieć diamentowy rdzeń, który nazywano Lucy . Jeśli tak, ten gigantyczny diament byłby jednym z największych we wszechświecie.
W 2008 r. Robert Hazen i współpracownicy z Carnegie Institution w Waszyngtonie opublikowali artykuł „Ewolucja minerałów”, w którym zbadali historię formowania się minerałów i odkryli, że różnorodność minerałów zmieniała się wraz ze zmianą warunków. Przed powstaniem Układu Słonecznego była obecna tylko niewielka liczba minerałów, w tym diamenty i oliwin . Pierwszymi minerałami mogły być małe diamenty powstałe w gwiazdach, ponieważ gwiazdy są bogate w węgiel, a diamenty powstają w wyższej temperaturze niż jakikolwiek inny znany minerał.
Zobacz też
Bibliografia