Diamanty jsou proslulé svou mimořádnou tvrdostí a krásou, díky čemuž jsou vysoce ceněné jak ve šperkařství, tak v průmyslových aplikacích. Vznik přírodních diamantů je fascinující proces, který se odehrává hluboko v zemském plášti a zahrnuje specifické podmínky vysokého tlaku a teploty. Pochopení těchto podmínek pomáhá vysvětlit, proč jsou diamanty relativně vzácné, a objasňuje geologické procesy spojené s jejich tvorbou.
Obsah
Podmínky pro tvorbu diamantů
- Vysoký tlak:
- Požadavky na tlak: Diamanty vznikají při tlacích 4.5 až 6 gigapascalů (GPa), což je přibližně 45,000 60,000 až 140 190 násobek atmosférického tlaku. Tyto tlaky se obvykle nacházejí v hloubkách XNUMX až XNUMX kilometrů pod zemským povrchem.
- Role tlaku: Vysoký tlak je zásadní, protože nutí atomy uhlíku do kompaktní, čtyřstěnné krystalové struktury, charakteristické pro diamanty. Při nižších tlacích se tvoří atomy uhlíku grafit, stabilnější allotrop uhlíku za povrchových podmínek.
- Vysoká teplota:
- Požadavky na teplotu: Rozsah teplot pro diamant tvorba je mezi 900 °C a 1,300 °C. Tyto teploty jsou nezbytné k poskytnutí energie potřebné pro přeskupení atomů uhlíku do diamantové mřížky.
- Role teploty: Přiměřené teplo umožňuje atomům uhlíku překonat energetické bariéry a přeskupit se do pevně spojené diamantové struktury. Bez dostatečné teploty by byla kinetická energie atomů příliš nízká na to, aby umožnila tuto transformaci.
Geologická nastavení pro formování diamantu
- Podmínky pláště:
- Hloubka: Podmínky potřebné pro tvorbu diamantu se typicky nacházejí v hloubkách 140 až 190 kilometrů v zemském plášti. Tyto hloubky odpovídají poli stability diamantů, kde se tlakové a teplotní podmínky vhodně prolínají.
- Zdroje uhlíku: Uhlík nezbytný pro tvorbu diamantu v plášti může pocházet ze subdukovaných oceánských desek, které zavádějí uhličitany do pláště, nebo z prvotních zdrojů uhlíku v plášti samotném.
- Kimberlit a Lamproite Pipes:
- Doprava na povrch: Diamanty se dostávají na povrch vulkanickými trubicemi zvanými kimberlity a lamproity. Tyto trubky jsou tvořeny hlubinnými sopečnými erupcemi, které pocházejí z pláště a rychle transportují diamanty a další materiály pláště na povrch.
- Charakteristiky erupce: Rychlý vzestup těchto magmat je nezbytný pro zachování diamantů. Pomalý transport by umožnil diamantům přeměnit se zpět na grafit nebo se rozpustit v důsledku změn tlaku a teploty.
Utváření syntetického diamantu
- High-Pressure High-Temperature (HPHT) metoda:
- Proces: Metoda HPHT replikuje podmínky pro tvorbu přírodních diamantů aplikací vysokých tlaků (5-6 GPa) a vysokých teplot (1,300 1,600-XNUMX XNUMX °C) na zdroj uhlíku, často za použití kovového katalyzátoru pro usnadnění procesu.
- Aplikace: Diamanty HPHT se používají v průmyslových aplikacích (řezání, broušení, vrtání) a stále častěji ve šperkařství, protože se zlepšuje kvalita syntetických diamantů.
- Metoda chemické depozice z plynné fáze (CVD).:
- Proces: CVD zahrnuje vytvoření plazmy plynů obsahujících uhlík, jako je metan, které pak kontrolovaným způsobem ukládají atomy uhlíku na substrát. I když tato metoda funguje při nižších tlacích, stále vyžaduje vysoké teploty (700-1,200 °C).
- Aplikace: CVD umožňuje výrobu vysoce čistých diamantů a vytváření diamantových filmů a povlaků pro různé technologické aplikace.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Vznik diamantů je důkazem dynamických a silných procesů probíhajících na Zemi. Specifické podmínky vysokého tlaku a teploty potřebné pro vytvoření diamantu ilustrují křehkou rovnováhu geologických sil, které jsou ve hře. Pokroky ve výrobě syntetických diamantů nadále umožňují nahlédnout do těchto přírodních procesů a zároveň rozšiřují dostupnost a použití diamantů v průmyslovém i komerčním sektoru.