Diamanty v zemském plášti potřebují elektrické pole

V laboratorních experimentech vědci napodobovali podmínky v zemském plášti, vrstvě pod zemskou kůrou, kde se mohou tvořit diamanty. Zjistili, že diamanty rostly pouze tehdy, když byly vystaveny elektrickému poli. Stačilo i slabé, kolem 1 V/m. Studii zveřejnil online 20. ledna 2023 časopis Science Advances. Bez přítomnosti elektrického napětí se diamanty netvoří. Diamanty jsou v podstatě atomy uhlíku uspořádané v krystalové struktuře. Tvoří se více než 150 kilometrů hluboko pod zemským povrchem, kde tlaky dosahují několika gigapascalů a teploty mohou stoupat až k 1 500 ^oC. Mnoho faktorů nutných pro vznik ceněného drahokamu však zůstává záhadou. Vědecký tým z Německa a Ruska se tentokrát zaměřil zejména na jeden z nich: podzemní elektrická pole.

Vědci shromáždili výchozí ingredience potřebné k výrobě diamantu – uhličitanové a uhličitanově křemičitanové prášky, které jsou podobné taveninám hojným v zemském plášti. Podrobili je tlaku až 7,5 GPa, teplotám až 1 600 °C a elektrickým polím v rozmezí od 0,4 V do 1 V napříč mikrokrystalem. Po přibližně čtyřiceti hodinách se diamanty (i jejich měkčí bratranec na bázi uhlíku, grafit) vytvořily, ale pouze tehdy, když elektrické napětí na krystalu dosáhlo asi 1 V (to je slabší napětí, než má obyčejná baterie, ale vzhledem k malým rozměrům krystalu je jím vytvořené pole silné – řádově 5 kV/m).

Diamanty a grafit vznikly pouze na katodě nebo v jejím okolí – tam, kde je přebytek elektronů, které způsobí chemický proces redukce uhličitanů až na samotný uhlík, a ten může vytvořit diamant.

Syntetické diamanty byly malé, s průměrem ne větším než 200 mikrometrů (jedna pětina milimetru), ale byly překvapivě podobné přírodním diamantům. Měly osmiboký tvar a obsahovaly malé množství dalších prvků a sloučenin, včetně relativně vysokého obsahu dusíku a křemičitano-uhličitanových inkluzí, známých také jako diamantová „mateřská znaménka“ nebo nedokonalosti.

Experimenty naznačují, že lokální elektrická pole hrají při tvorbě diamantů v zemském plášti klíčovou roli. Místní napětí se pravděpodobně tvoří díky pohybu tavenin hornin a tekutin v plášti, které mají vysokou elektrickou vodivost. Zatím nevíme, jak silná tato elektrická pole jsou.

Výsledky experimentu jasně ukazují, že elektrická pole by měla být důležitý dodatečný faktor, který ovlivňuje krystalizaci diamantů. Toto poznání je důležité pro vývoj nových metod výroby diamantů a dalších uhlíkových materiálů se speciálními vlastnostmi. 

Zdroj: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abb4644