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Geheimnis der Groß-Diamanten gelüftet

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Bei diesem großen Diamanten sind die Einschlüsse links als kleine schwarze Punkte sichtbar. (Credit: The photo is courtesy of Jae Liao)
Er war im Rohzustand über 3106 Karat (621 Gramm) schwer: Wie und wo Groß-Diamanten wie der berühmte Cullinan entstanden sind, haben Forscher nun erstmals geklärt. Analysen winziger Einschlüsse belegen, dass sie aus weit größeren Tiefen des Erdmantels stammen als „normale“ Diamanten. Dort entstehen sie offenbar in speziellen flüssigen Metallgemischen. Dieser Befund hat wiederum geologische Einsichten in die geheimnisvollen tiefen Schichten unseres Planeten gewährt.

„Einige der weltweit größten und wertvollsten Diamanten, wie der Cullinan oder der Lesotho Promise besitzen besondere physikalische Eigenschaften, weshalb sie bereits als  eine spezielle Kategorie angesehen wurden“, erklärt Co-Autor Wuyi Wang vom Gemological Institute of America in Carlsbad. „Doch wie diese Diamanten entstanden sind und was sie uns über die Eigenschaften der Erde verraten können, war bisher ein Mysterium“, so Wang. Um Einblicke zu erhalten, haben er und seine Kollegen nun winzigen Einschlüsse analysiert, die in manchen der Kohlenstoff-Klunker vorkommen.

Winzige Zeugen der Enstehungsbedingungen

Bisher waren entsprechende Untersuchungen wegen Mangels an Verfügbarkeit des kostbaren Probematerials nicht möglich. Das Gemological Institute of America konnte durch seine Verbindungen den Wissenschaftlern nun allerdings Material vermitteln. Es handelte sich um Bruchstücke, die bei der Bearbeitung von großen Diamanten zu Schmucksteinen angefallen sind. In ihnen fanden die Forscher Einschlüsse, die sich für ihre Analysezwecke eigneten.

Es zeigte sich: Bei den Einschlüssen handelt es sich um ein Gemisch aus Eisen, Nickel, Kohlenstoff und Schwefel. In dem Grenzbereich zwischen dem Einschluss und dem umgebenden Diamant-Material fanden die Forscher zudem Spuren von Methan und Wasserstoff. Wie die Forscher erklären, handelt es sich bei den Einschlüssen um Spuren des Materials, in dem sich die großen Diamanten einst gebildet haben. Sie kristallisierten demnach in diesem metallischen Gemisch aus, das damals flüssig gewesen ist.

Einblick in geheimnisvolle Tiefen

In welchen Tiefen dies geschah, geht aus weiteren Spuren hervor: Zusätzlich zu den metallischen Einschlüssen besaßen einige der Groß-Diamanten Mineraleinschlüsse, die Rückschlüsse auf die Entstehungstiefe zuließen. Sie entstanden demnach 410 bis 660 Kilometer tief im Erdmantel. Normale Diamanten stammen den Forschern zufolge hingegen nur aus Bereichen von 150 bis 200 Kilometern – vom unteren Teil der Kontinental-Platten.

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Die Groß-Diamanten werden dadurch nun Boten der Bedingungen in ihren großen Enstehungs-Tiefen. „Frühere Experimente und Theorie haben bereits vermuten lassen, dass Teile des tiefen Erdmantels – unterhalb von etwa 250 km Tiefe – metallisches Eisen aufweisen und kaum Sauerstoff. Die metallischen Einschlüsse und das sie umgebende Methan sowie der Wasserstoff bestätigen nun diese These“, sagt Co-Autor Evan Smith vom Gemological Institute of America. Den Forschern zufolge kann die flüssige Eisen-Nickel-Verbindung nur bei Bedingungen ohne Sauerstoff entstehen.

Obwohl das Ausmaß der Metallverteilung in der Tiefe noch unklar bleibt, haben diese Ergebnisse weitreichende Auswirkungen für das Verständnis der Abläufe in den betreffenden Erdschichten, sagen die Forscher. Sie werfen nun mehr Licht auf die Prozesse des Recyclings des Oberflächengesteins im Erdmantel sowie die dortige Lagerung und Verarbeitung von Kohlenstoff und Wasserstoff im Rahmen der geologischen Zeitmaßstäbe.

Originalarbeit der Forscher:

© wissenschaft.de – Martin Vieweg
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