Laut einer neuen Studie könnten die größten und wertvollsten Diamanten der Welt in Taschen aus flüssigem Metall geboren werden, die sich tief in der Erde befinden.
Diese Entdeckung legt nahe, dass Taschen aus flüssigem Metall, die über die Erdmantelschicht zwischen der Erdkruste und dem Erdkern verteilt sind, eine Schlüsselrolle dabei spielen könnten, wie Kohlenstoff und andere Elemente für den Lebenszyklus zwischen dem Erdinneren und der Planetenoberfläche von entscheidender Bedeutung sind, sagten die Forscher.
Im Allgemeinen bilden sich Diamanten tief im heißen Gestein des Erdmantels und steigen mit Vulkanausbrüchen an die Oberfläche. Der größte Diamant in Edelsteinqualität, der bisher gefunden wurde, ist der Cullinan-Diamant, der 1905 in Südafrika entdeckt wurde. Der Diamant mit 3.106,75 Karat, der später in mehrere polierte Stücke geschnitten wurde, wog ursprünglich 1,37 Pfund. (621,35 Gramm) und war etwa 9,8 Zentimeter lang.
Frühere Untersuchungen ergaben, dass sich die weltweit größten Diamanten in Edelsteinqualität nicht nur in Größe, sondern auch in Zusammensetzung und Struktur von kleineren Juwelen abheben.
"In ihnen sind nur sehr wenige Einschlüsse eingeschlossen - das heißt, Material, das kein Diamant ist", sagte der Studienleiter Evan Smith, Geologe am Gemological Institute of America in New York. "Sie sind auch relativ rein, was bedeutet, dass die meisten dieser Diamanten nur aus Kohlenstoffatomen bestehen, im Gegensatz zu vielen anderen Diamanten, die hier und da Stickstoffatome enthalten, die ihre Kohlenstoffatome ersetzen."
Wenn sich die größten Diamanten in ihrem rauen, unpolierten Zustand befinden, "haben sie außerdem eine unregelmäßige Form, wie ein Lutscher, der schon eine Weile im Mund eines Menschen ist, anstelle der schönen, symmetrischen Kristalle, an die man bei Diamanten oft denkt". Smith erzählte Live Science.
Diese Unterschiede führten dazu, dass Wissenschaftler spekulierten, dass sich große Diamanten auf andere Weise als kleinere, häufigere Diamanten bilden könnten. Die weltweit größten Diamanten in Edelsteinqualität "sind so viel Geld wert, dass es sehr schwierig ist, Zugang zu ihnen für Forschungszwecke zu erhalten", sagte Smith. Dies hat Studien behindert, die das Geheimnis der Herkunft dieser großen Edelsteine lösen könnten, erklärte er.
Jetzt haben Smith und seine Kollegen 42 fertige Exemplare solcher Juwelen analysiert, die jeweils für einige Stunden an die Forscher ausgeliehen wurden. Darüber hinaus untersuchten die Wissenschaftler zwei unfertige Proben und neun sogenannte "Reststücke", die nach dem Schneiden und Polieren der Facetten eines Schmuckstücks für maximalen Glanz übrig blieben.
Die Forscher entdeckten winzige Metallkörner, die in diesen Proben eingeschlossen waren. Die Einschlüsse bestanden aus erstarrten Gemischen aus Eisen, Nickel, Kohlenstoff und Schwefel, eine Kombination, die in gewöhnlichen Diamanten nie zu finden war, sagte der Co-Autor der Studie, Steven Shirey, Geochemiker an der Carnegie Institution for Science in Washington, DC. Die Wissenschaftler entdeckten auch Spuren von Methan und Wasserstoff in den dünnen Räumen zwischen diesen Einschlüssen und dem umhüllenden Diamanten.
Die metallischen Körner sind ein Beweis dafür, dass massive Diamanten wahrscheinlich ungewöhnliche Ursprünge haben, sagten die Forscher. Die Chemie dieser Metalleinschlüsse legt nahe, dass große Diamanten aus Taschen metallischer Flüssigkeit kristallisieren. Im Gegensatz dazu wachsen andere Diamanten wahrscheinlich aus einer chemischen Suppe, die mit Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff beladen ist, sagte Smith.
Eine Reihe der von den Forschern untersuchten Proben besaßen auch siliciumhaltige Mineraleinschlüsse, die sich bei den hohen Drücken in extremen Tiefen bilden, sagten die Wissenschaftler. Die Forscher schätzten, dass große Diamanten "superdeep" Edelsteine sind, die sich wahrscheinlich in Tiefen von etwa 410 bis 660 Kilometern bilden. Im Vergleich dazu deuteten frühere Untersuchungen darauf hin, dass sich die meisten anderen Edelsteindiamanten in Tiefen von nur 150 bis 200 km (93 bis 124 Meilen) bilden.
Diese Ergebnisse liefern direkte Beweise für lange vermutete, theoretisch vorhergesagte chemische Reaktionen im Erdmantel, die Taschen aus metallischer Eisen-Nickel-Legierung erzeugen, sagte Smith. Im Gegensatz dazu ist das meiste Eisen und Nickel im Erdmantel normalerweise an Sauerstoff oder eine andere Chemikalie gebunden, erklärte er.
Obwohl große Diamanten und häufigere Diamanten manchmal zusammen gefunden werden, bedeutet dies nicht, dass sie sich zusammen gebildet haben, sagte Shirey gegenüber Live Science. Stattdessen kann dasselbe Magma, das nach oben fließt, um große Diamanten an die Oberfläche zu bringen, auch kleinere Diamanten nach oben ziehen, die sich in flacheren Tiefen gebildet haben, sagte er.
Diese Ergebnisse sollten nicht als Hinweis darauf angesehen werden, "dass sich tief im Erdmantel ein Ozean aus flüssigem Metall befindet", sagte Smith. Das flüssige Metall kommt wahrscheinlich nur in Taschen "begrenzt auf vielleicht faustgroße, wenn ich raten sollte, die im ganzen Mantel verteilt sind", fügte er hinzu.
"Es gibt nicht viel von diesem metallischen Eisen - nur etwa 1 Prozent des Mantels", sagte Smith. "Dennoch ändert sich die Art und Weise, wie wir über die tiefere Erde denken müssen, da sich Elemente wie Kohlenstoff gut in metallischem Eisen lösen. Dies bedeutet, dass das Vorhandensein dieses Metalls den Kreislauf von Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff von der tiefen Erde zur Oberfläche beeinflussen kann vom Erdmantel bis zu unserem Wohnort. "
Zukünftige Forschungen könnten untersuchen, welche anderen Elemente in diesen großen Diamanten oder ihren Reststücken enthalten sind und welche Isotope enthalten sind, sagte Smith.
"Das könnte helfen, Licht in die Herkunft dieses Metalls zu bringen. Woher kommt es, wie bildet es sich, welche Lebensdauer hat es, an welchen Prozessen beteiligt es sich", sagte er.
Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse heute (15. Dezember) online in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
