Descoperire majoră despre diamantele aflate în adâncurile Pământului

Noi experimente efectuate de oamenii de știință au scos la iveală faptul că diamantele pot suporta o presiune mult mai mare decât s-a crezut anterior. Cercetătorii au descoperit că diamantele își păstrează structura cristalină la presiuni de cinci ori mai mari decât cea din nucleul Pământului.

Noile descoperiri contrazic predicțiile că diamantul ar trebui să se transforme într-o structură și mai stabilă la o presiune extrem de ridicată, sugerând că diamantul se lipește de o formă în condițiile în care o altă structură ar fi mai stabilă, ceea ce se numește „metastabil”.

• Ce se întâmplă cu creierul atunci când lucrezi în echipă?
• Locul în care trăiești influențează ce greutate ai, arată un nou studiu

Descoperirea are implicații pentru modelarea mediilor de înaltă presiune, cum ar fi nucleele planetelor bogate în carbon.

Carbonul, elementul indispensabil vieții

Carbonul este al patrulea cel mai abundent element din Univers și poate fi găsit în exoplanete și stele, dar și în spațiul dintre ele. Totodată, este un ingredient principal al întregii vieți cunoscute pe Pământ. Fără el, noi nu am mai exista.

Astfel, carbonul prezintă un interes major pentru oamenii de știință din diverse domenii. Cu toate acestea, un loc în care carbonul poate fi găsit, nucleele exoplanetelor bogate în carbon, este foarte dificil de studiat. Presiunile ridicate din acele medii sunt greu de reprodus și, odată ce sunt atinse presiuni ridicate, materialul strâns este dificil de testat.

Știm că carbonul are mai multe alotropii (variante de structuri), la presiuni ambientale care au proprietăți fizice semnificativ diferite. Cărbunele, grafitul și diamantul se formează la diferite presiuni, diamantul apare la presiuni mai mari în adâncul subteran, începând de la aproximativ 5 sau 6 gigapascali.

Presiunea din centrul Pământului este de până la aproximativ 360 gigapascali. La presiuni și mai ridicate, de aproximativ 1.000 de gigapascali, puțin peste 2,5 ori presiunea de bază a Pământului, oamenii de știință au prezis că carbonul se va transforma din nou în mai multe structuri noi, pe care nu le-am mai văzut sau obținut până acum.

O metodă de realizare a unor presiuni extrem de ridicate implică utilizarea unei nicovale diamant și compresie de șoc. Cu această metodă, hidrocarburile au fost supuse la 45.000 gigapascali. Această metodă tinde să distrugă eșantionul înainte ca structura acestuia să poată fi testată.

O nouă metodă de presare a carbonului solid a scos la iveală metastabilitatea diamantului

O echipă condusă de fizicianul Amy Lazicki Jenei, de la Laboratorul Național Lawrence Livermore din California (SUA), a găsit o altă modalitate de a-l face să funcționeze. Fizicienii au folosit impulsuri laser în formă de rampă pentru a stoarce o probă de carbon solid, la o presiune de 2.000 gigapascali. În același timp, difracția razelor X cu rezoluție de ordinul nanosecundelor a fost utilizată pentru a testa structura cristalină a probei.

Acest lucru a dublat presiunea anterioară la care a fost testat un material folosind difracția cu raze X. Rezultatele au surprins echipa.

„În mod surprinzător, am descoperit că în aceste condiții carbonul nu se transformă în niciuna dintre fazele prezise, ​​ci păstrează structura diamantului până la cea mai mare presiune”, a spus Jenei, citat de Science Alert.

„Aceleași legături interatomice ultra-puternice (care necesită energii mari să se rupă), care sunt responsabile pentru structura diamantatului metastabilă de carbon care persistă pe termen nelimitat la presiunea ambiantă,  probabil că împiedică, de asemenea, transformarea acestuia la peste 1.000 gigapascali în experimentele noastre”, a mai spus fizicianul.

Descoperirea are implicații inclusiv asupra planetelor de diamant mitice

Cu alte cuvinte, diamantul nu se „calmează” din nou în grafit când este scos din adâncurile Pământului: de la presiuni mai mari la mai mici. Forța care împiedică această reversie ar putea fi motivul pentru care diamantul nu se rearanjează într-un alt alotrop la presiuni chiar mai mari decât cele în care s-a format.

Această descoperire ar putea schimba modul în care oamenii de știință modelează și analizează exoplanetele bogate în carbon, inclusiv planetele de diamant mitice.

Între timp, mai trebuie efectuate multe cercetări pentru a înțelege rezultatul obținut de fizicieni. Echipa nu este complet sigură de ce diamantul este atât de puternic, astfel că vor fi necesare mai multe cercetări pentru a afla de ce diamantul este metastabil într-o gamă largă de presiuni.

Cercetarea a fost publicată în revista Nature.

Vă recomandăm să citiți și:

Pot diamantele să ardă? 

Exoplanetele din Sistemul Solar ar putea fi făcute din diamante și rocă

Cercetătorii au aflat de ce plouă cu diamante pe Neptun

Planeta diamant sau oglinzile de pe Lună. Zece obiecte din spaţiu despre care probabil nu ştiai că există