Lonsdaleit-Kristall in einer Meteoritenprobe. (Tomkins et al., PNAS, 2022) Wissenschaftler glauben, endlich herausgefunden zu haben, warum eine superharte Form von Diamant so genannt wurde Lonsdaleit befindet sich im Inneren einer seltenen Meteoritenart. Wenn die Forscher Recht haben, ist die Entstehungsgeschichte des Kristalls genauso schockierend wie das Material selbst.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Diamanten, die entstehen, wenn Graphit wird langsam gepresst Durch den Druck tief im Erdmantel könnte sich Lonsdaleit im Chaos einer katastrophalen Kollision im interplanetaren Raum gebildet haben.
Übliche Diamanten bestehen aus Kohlenstoffatomen, bei denen alle vier verfügbaren Elektronen in einem tetraedrischen Muster mit einem Nachbarn verbunden sind, wodurch die gesamte Struktur robust genug ist, um den Kristall zu einer der härtesten Substanzen auf der Erde zu machen.
Lonsdaleit ist ebenfalls ein Kristall aus Kohlenstoff, allerdings mit einer Struktur, die die sechseckige Form von Graphit perfekt beibehält.
Nach Computermodellen , diese Struktur sollte das Material noch steifer machen als herkömmlicher Diamant. Der Beweis dieser Hypothese ist jedoch schwierig.
Lonsdaleit ist sehr selten und die wenigen Proben, die bisher gesammelt wurden, sind viel, viel dünner als ein menschliches Haar, was ihre Analyse im Labor zu einer Herausforderung macht.
Das bizarre Material wurde erstmals identifiziert In ein Meteorit im Jahr 1967 , und es hat die Wissenschaftler seitdem ziemlich verwirrt. Im Jahr 2014 eine Gruppe von Forschern argumentierte dass es sich bei Lonsdaleit eigentlich nicht um ein eigenständiges, natürlich vorkommendes Material handelte, sondern vielmehr um einen herkömmlichen Diamanten, der einfach in Unordnung war.
In den darauffolgenden Jahren hat diese Hypothese jedoch einer genaueren Prüfung nicht standgehalten.
Während Lonsdaleit hauptsächlich in einer seltenen Art von Steinmeteoriten namens Ureilit gefunden wurde, wurde er auch im Labor bei hohen Temperaturen hergestellt auf der Erde identifiziert an Orten, von denen angenommen wird, dass sie von Asteroiden getroffen wurden.
Es wird angenommen, dass Ureiliten entstanden sind auf einem längst ausgelöschten Zwergplaneten, der jetzt in Form kleiner Brocken Weltraumschrott durch das Sonnensystem verschmiert ist.
Dies unterstützt weiter eine Kollisionsursprungstheorie für Lonsdaleit, obwohl nicht alle Wissenschaftler einer Meinung sind.
Mithilfe fortschrittlicher Elektronenmikroskopietechniken an 18 Ureilitproben hat ein internationales Forscherteam die Bildung von Lonsdaleit wie nie zuvor näher untersucht.
Die Autoren sagen, sie hätten endlich bewiesen, dass sich Lonsdaleit auf natürliche Weise und auf eine Weise bilden kann, die der Art und Weise, wie Wissenschaftler das Material im Labor synthetisieren, bemerkenswert ähnlich ist.
„Es gibt starke Hinweise darauf, dass es einen neu entdeckten Bildungsprozess für Lonsdaleit und regulären Diamanten gibt, der einem Prozess der überkritischen chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) ähnelt, der in diesen Weltraumgesteinen stattgefunden hat, wahrscheinlich auf dem Zwergplaneten kurz nach einer katastrophalen Kollision.“ ' erklärt Mikroskopiker Dougal McCulloch von der RMIT University in Australien.
„Die chemische Gasphasenabscheidung ist eine der Methoden, mit denen Menschen Diamanten im Labor herstellen, im Wesentlichen indem sie sie in einer speziellen Kammer wachsen lassen.“
Die Ergebnisse stimmen mit früheren Untersuchungen überein, bei denen auch in diamantgefüllten Meteoriten Signaturen gefunden wurden, die mit Niederdruck-CVD-Prozessen vereinbar sind.
Aber nicht wie einige andere Papiere Dies deutet darauf hin, dass Lonsdaleit in einer leicht unter Druck stehenden Umgebung eines Aufpralls zwischen einer ausreichend großen Masse und einem Zwergplaneten entsteht – nicht im unter hohem Druck stehenden Mantel eines größeren Planeten, wie es bei herkömmlichen Diamanten der Fall ist.
Die meisten der in dieser neuesten Studie analysierten Meteoritenproben enthielten Ansammlungen kleiner Diamanten, die in Graphit eingebettet waren. Diese diamantreichen Abschnitte grenzten an diamantenlose Abschnitte, und dazwischen fanden Forscher häufig die sechseckige Struktur von Lonsdaleit.
Den Forschern zufolge könnten sich heißes Gas und Flüssigkeit theoretisch entlang von Brüchen und Korngrenzen verteilen, wenn die richtige Zusammensetzung des Minerals einem ausreichend großen Schock ausgesetzt wird, wodurch der Graphit in die sechseckige Struktur von Lonsdaleit geschockt wird. Wenn das Gestein abkühlt, könnten diese Regionen dann Teilkörner aus superhartem Material bilden.
„Die Natur hat uns somit einen Prozess zur Verfügung gestellt, den wir in der Industrie nachahmen können“, sagt Geologe Andy Tomkins von der Monash University in Australien.
„Wir glauben, dass Lonsdaleit zur Herstellung winziger, ultraharter Maschinenteile verwendet werden könnte, wenn wir einen industriellen Prozess entwickeln könnten, der den Ersatz vorgeformter Graphitteile durch Lonsdaleit fördert.“
Eines Tages könnte daraus sogar eine werden superseltener Verlobungsring .
Die Studie wurde veröffentlicht in PNAS .