Formazione dei diamanti: I diamanti trovati sulla superficie terrestre o nelle sue vicinanze si sono formati attraverso quattro diversi processi. Il cartone animato sulla tettonica delle placche sopra presenta questi quattro metodi di formazione dei diamanti. Ulteriori informazioni su ciascuno di essi possono essere trovate nei paragrafi e nei piccoli cartoni animati qui sotto.
Metodi di formazione dei diamanti
Molte persone credono che i diamanti si formino dalla metamorfosi del carbone. Questa idea continua a essere la storia del “come si formano i diamanti” in molte aule di scienze.
Il carbone ha raramente – se non mai – giocato un ruolo nella formazione dei diamanti. In effetti, la maggior parte dei diamanti datati sono molto più antichi delle prime piante terrestri della Terra – il materiale di origine del carbone! Questo dovrebbe essere già sufficiente per smentire l’idea che i depositi di diamanti della Terra si siano formati dal carbone.
Un altro problema con questa idea è che i giacimenti di carbone sono rocce sedimentarie che di solito si trovano come unità rocciose orizzontali o quasi orizzontali. Tuttavia, le rocce di origine dei diamanti sono tubi verticali riempiti di rocce ignee.
Si pensa che quattro processi siano responsabili di quasi tutti i diamanti naturali trovati sulla superficie terrestre o nelle sue vicinanze. Uno di questi processi rappresenta quasi il 100% di tutti i diamanti mai estratti. I restanti tre sono fonti insignificanti di diamanti commerciali.
Questi processi raramente – se non mai – coinvolgono il carbone.
Diamanti da eruzioni di sorgente profonda: Si pensa che la maggior parte dei depositi di diamanti commerciali si siano formati quando un’eruzione vulcanica di sorgente profonda ha portato i diamanti in superficie. In queste eruzioni, il magma viaggia rapidamente dalle profondità del mantello, spesso attraversando una zona di stabilità del diamante nel suo percorso verso la superficie. Pezzi di roccia dalla zona di stabilità del diamante possono essere strappati e trasportati rapidamente verso l’alto fino alla superficie. Questi pezzi di roccia sono conosciuti come “xenoliti” e possono contenere diamanti.
- Formazione nel mantello terrestre
I geologi credono che i diamanti in tutti i depositi di diamanti commerciali della Terra si siano formati nel mantello e siano stati portati in superficie da eruzioni vulcaniche di sorgente profonda. Queste eruzioni producono i tubi di kimberlite e lamproite che sono ricercati dai cercatori di diamanti.
La maggior parte di questi tubi non contiene diamanti, o ne contiene una quantità così piccola da non essere di interesse commerciale. Tuttavia, miniere a cielo aperto e sotterranee vengono sviluppate in questi tubi quando contengono abbastanza diamanti per un’estrazione redditizia. I diamanti sono stati anche alterati e erosi da alcuni di questi tubi. Quei diamanti sono ora contenuti nei depositi sedimentari (placer) di fiumi e coste.
La formazione di diamanti naturali richiede temperature e pressioni molto elevate. Queste condizioni si verificano in zone limitate del mantello terrestre a circa 90 miglia (150 chilometri) o più sotto la superficie, dove le temperature sono di almeno 2000 gradi Fahrenheit (1050 gradi Celsius). L’ambiente critico di temperatura-pressione per la formazione e la stabilità dei diamanti non è presente a livello globale. Si pensa che sia presente principalmente nel mantello sotto gli interni stabili delle placche continentali.
I diamanti formati e immagazzinati in queste “zone di stabilità del diamante” vengono portati in superficie durante le eruzioni vulcaniche di sorgente profonda. Queste eruzioni strappano pezzi del mantello e li trasportano rapidamente in superficie. Vedi Posizione 1 nel diagramma in cima alla pagina. Questo tipo di eruzione vulcanica è estremamente raro e non è mai stato osservato dagli esseri umani moderni.
Il carbone è coinvolto? Il carbone è una roccia sedimentaria, formata da detriti vegetali depositati sulla superficie terrestre. Raramente viene sepolto a profondità superiori a due miglia (3,2 chilometri). È molto improbabile che il carbone sia stato spostato dalla crosta a una profondità ben al di sotto della base di una placca continentale. La fonte di carbonio per questi diamanti del mantello è molto probabilmente il carbonio intrappolato nell’interno della Terra al momento della formazione del pianeta o portato a grandi profondità dalla subduzione.
Diamanti da sedimenti oceanici? Le zone di subduzione si verificano ai confini delle placche convergenti dove una placca viene forzata nel mantello. Mentre questa placca discende, è esposta a temperature e pressioni crescenti. I diamanti sono stati trovati in rocce che si pensa siano state subdotte e poi riportate in superficie. Questi tipi di rocce sono molto rari e non sono stati sviluppati depositi di diamanti commerciali conosciuti al loro interno. I diamanti trovati in questi tipi di depositi sono stati molto piccoli e non adatti all’uso commerciale.
- Formazione nelle zone di subduzione
Piccoli diamanti sono stati trovati in rocce che si pensa siano state subdotte in profondità nel mantello dai processi tettonici delle placche – poi riportate in superficie. (Vedi Posizione 2 nel diagramma in cima alla pagina.) La formazione di diamanti in una placca subdotta potrebbe avvenire a soli 50 miglia (80 chilometri) sotto la superficie e a temperature di appena 390 gradi Fahrenheit (200 gradi Centigradi). In un altro studio, i diamanti del Brasile sono stati trovati contenere piccole inclusioni minerali coerenti con la mineralogia della crosta oceanica. Altri hanno inclusioni che suggeriscono che l’acqua di mare subdotta sia stata coinvolta nella loro formazione.
Uno studio più recente ha investigato l’origine dei diamanti blu contenenti boro che si sono formati a profondità fino a 400 miglia (650 chilometri). Questi super-diamanti profondi contenevano anche inclusioni che indicavano che derivavano dalla crosta oceanica subdotta.
Il carbone è coinvolto? Il carbone non è una probabile fonte di carbonio per questo processo di formazione dei diamanti. Le fonti di carbonio più probabili dalla subduzione di una placca oceanica sono le rocce carbonatiche come il calcare, il marmo e la dolomite, e possibilmente particelle di detriti vegetali nei sedimenti offshore.
Diamanti da impatti di asteroidi: I diamanti sono stati trovati dentro e intorno ai crateri di molti siti di impatto di asteroidi. Un eccellente esempio è il Cratere Popigai nella Siberia settentrionale, in Russia. La Terra è stata ripetutamente colpita da asteroidi nel corso della sua storia. Questi asteroidi colpiscono con una tale forza che si producono pressioni e temperature sufficientemente elevate per formare diamanti. Se la roccia bersaglio contiene carbonio, le condizioni necessarie per formare diamanti potrebbero verificarsi all’interno dell’area di impatto. Questi tipi di diamanti sono rari e non giocano un ruolo importante nell’estrazione commerciale di diamanti.
- Formazione nei siti di impatto
Nel corso della sua storia, la Terra è stata ripetutamente colpita da grandi asteroidi. Quando questi asteroidi colpiscono la Terra, si producono temperature e pressioni estreme. Ad esempio: quando un asteroide largo sei miglia (10 chilometri) colpisce la Terra, può viaggiare a una velocità fino a 9-12 miglia al secondo (15-20 chilometri al secondo). Al momento dell’impatto, questo oggetto iperveloce produrrebbe un’esplosione di energia equivalente a molte armi nucleari e temperature più calde della superficie del sole.
Le condizioni di alta temperatura e pressione di un tale impatto sono più che sufficienti per formare diamanti. Questa teoria della formazione dei diamanti è stata supportata dalla scoperta di piccoli diamanti intorno a diversi siti di impatto di asteroidi. Vedi Posizione 3 nel diagramma in cima alla pagina.
Piccoli diamanti sub-millimetrici sono stati trovati nel Meteor Crater in Arizona. Diamanti industriali policristallini fino a 13 millimetri di dimensione sono stati trovati nel Cratere Popigai nella Siberia settentrionale, in Russia.
Il carbone è coinvolto? Il carbone potrebbe essere presente nell’area bersaglio di questi impatti e potrebbe servire come fonte di carbonio per i diamanti. I calcari, i marmi, le dolomiti e altre rocce contenenti carbonio sono fonti di carbonio più probabili del carbone.
Diamanti extraterrestri: I diamanti sono stati scoperti in alcuni meteoriti. Si pensa che questi diamanti si siano formati nello spazio in risposta a impatti di asteroidi o altri eventi severi.
- Formazione nello spazio
I ricercatori della NASA hanno rilevato grandi quantità di nanodiamanti in alcuni meteoriti. (I nanodiamanti sono diamanti che sono pochi nanometri – miliardesimi di metro di diametro.) Circa il tre percento del carbonio in questi meteoriti è contenuto sotto forma di nanodiamanti. Questi diamanti sono troppo piccoli per essere utilizzati come gemme o abrasivi industriali; tuttavia, sono una fonte di materiale diamantifero. Vedi Posizione 4 nel diagramma in cima alla pagina.
I ricercatori dello Smithsonian hanno anche trovato grandi quantità di piccoli diamanti quando stavano tagliando un campione dal meteorite Allen Hills. Si pensa che questi diamanti nei meteoriti si siano formati nello spazio attraverso collisioni ad alta velocità simili a come si formano i diamanti sulla Terra nei siti di impatto.
Il carbone è coinvolto? Il carbone non è coinvolto nella creazione di questi diamanti. La fonte di carbonio proviene da un corpo diverso dalla Terra.
Formazione sulla superficie terrestre
Negli anni ’50, sono stati scoperti nuovi metodi di formazione dei diamanti sulla superficie terrestre. Gli scienziati sono stati in grado di creare le condizioni di temperatura e pressione necessarie per creare diamanti in laboratorio. La maggior parte dei primi diamanti non erano di qualità gemma, ma erano perfetti per l’uso come granuli abrasivi in punte di trapano, utensili da taglio e mole. Presto diamanti di laboratorio più grandi vennero prodotti per l’uso come cuscinetti resistenti all’usura, dissipatori di calore per processori di computer e finestre ad alta temperatura.
Oggi quasi tutti i diamanti utilizzati nei processi industriali sono diamanti creati in laboratorio. Vengono anche prodotti in qualità sufficientemente alta da ottenere gradi incolori e molto molto leggermente inclusi dai laboratori di classificazione dei diamanti. Vengono prodotti in uno spettro di colori aggiungendo azoto (giallo) o boro (blu) all’ambiente di formazione dei diamanti. Verde, rosa, arancione e altri colori sono possibili con processi di trattamento post-crescita. I diamanti creati in laboratorio vengono prodotti negli Stati Uniti e in diversi altri paesi. La Cina è il paese leader nella produzione di diamanti creati in laboratorio.
Tutti i diamanti coltivati in laboratorio sono realizzati utilizzando attrezzature che consumano una quantità enorme di elettricità, necessaria per creare le condizioni di temperatura e pressione necessarie per far crescere i diamanti. Parte di quell’elettricità è probabilmente generata dalla combustione del carbone. Questi potrebbero essere i migliori esempi di diamanti realizzati utilizzando il carbone.
Sepolti l’idea della formazione dal carbone
La prova più convincente che il carbone non ha giocato un ruolo nella formazione della maggior parte dei diamanti è un confronto tra l’età dei diamanti della Terra e l’età delle prime piante terrestri.
La maggior parte dei depositi di diamanti ospitati in rocce che sono stati trovati si sono formati durante l’Eone Precambriano – l’arco di tempo tra la formazione della Terra (circa 4.600 milioni di anni fa) e l’inizio del Periodo Cambriano (circa 542 milioni di anni fa). In confronto, le prime piante terrestri non apparvero sulla Terra fino a circa 450 milioni di anni fa – quasi 100 milioni di anni dopo la formazione della stragrande maggioranza dei diamanti che sono stati estratti.
Poiché il carbone si forma dai detriti vegetali terrestri, e le piante terrestri più antiche sono più giovani di quasi tutti i diamanti che sono stati datati, è facile concludere che il carbone non ha giocato un ruolo significativo nella formazione dei diamanti naturali della Terra.