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.

Podmínky pro tvorbu diamantů

  1. 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.
  2. 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

Diamanty navždy odhalují nové pohledy na vývoj Země | NSF | Kredit: Zina Deretsky, Národní vědecká nadace
  1. 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.
  2. 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

  1. 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.
  2. 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.