Comment se forment les diamants?
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Les diamants sont formés profondément dans la Terre à environ 100 milles environ sous la surface dans le manteau supérieur. De toute évidence, dans cette partie de la Terre, il fait très chaud. Il y a beaucoup de pression, le poids de la roche sus-jacente s'abaissant, il est donc nécessaire de combiner une température élevée et une pression élevée pour faire pousser des cristaux de diamant sur la Terre. Autant que nous sachions, tous les diamants qui se sont formés sur la Terre se sont formés dans ce genre de conditions et, bien sûr, c'est une partie de la Terre que nous ne pouvons pas échantillonner directement. Nous n'avons aucun moyen de forer à cette profondeur ni aucun autre moyen de descendre dans le manteau supérieur de la Terre.
Comment les diamants voyagent-ils à la surface de la Terre?
Les diamants que nous voyons à la surface sont ceux qui sont ensuite ramenés à la surface par une éruption volcanique très profonde. C'est un type très spécial d'éruption, considéré comme assez violent, qui s'est produit il y a longtemps dans l'histoire de la Terre. Nous n'avons pas vu de telles éruptions ces derniers temps. Ils étaient probablement à un moment où la terre était plus chaude, et c'est probablement pourquoi ces éruptions étaient plus profondément enracinées. Ces éruptions ont ensuite entraîné les diamants déjà formés du manteau supérieur à la surface de la Terre. Lorsque l'éruption a atteint la surface, elle a accumulé une masse de matériaux volcaniques qui ont fini par se refroidir, contenant les diamants. Ce sont les soi-disant Kimberlites qui sont généralement à l'origine de nombreux diamants extraits dans le monde.
L’une des choses que nous savons donc sur tous les diamants qui ont été rapportés à la surface est que le processus de l’éruption de kimberlite, qui transportait les diamants du manteau supérieur à la surface de la Terre, devait se produire très rapidement, car s’ils voyageaient trop longtemps et trop lentement, ils se seraient littéralement transformés en graphite en cours de route. Et donc, en se déplaçant rapidement, ils se sont essentiellement immobilisés dans la structure en diamant. Une fois que les diamants ont été transportés très rapidement de température élevée à basse température - et rapidement, nous entendons dans quelques heures - ces éruptions, ces tuyaux de kimberlite remontant à la surface, ont peut-être voyagé à une vitesse de 20 à 30 milles par minute. heure. Une fois que les diamants sont ramenés à la surface et refroidis assez rapidement, ces atomes de carbone sont verrouillés et il n’ya tout simplement plus assez d’énergie pour les réorganiser en graphite.
Quel est le rôle du carbone dans la formation des diamants?
Les diamants sont faits de carbone, ils forment donc des atomes de carbone sous une température et une pression élevées; ils se lient pour commencer à faire pousser des cristaux. En raison de la température et de la pression, dans ces conditions, les atomes de carbone se lieront les uns aux autres dans ce type de liaison très fort, dans lequel chaque atome de carbone est lié à quatre autres atomes de carbone. C'est pourquoi un diamant est un matériau si dur parce que chaque atome de carbone participe à quatre de ces très fortes liaisons covalentes qui se forment entre les atomes de carbone. En conséquence, vous obtenez ce matériau dur. Là encore, la provenance du carbone et sa croissance rapide restent des questions en suspens, mais il est évident que les conditions sont telles que vous avez un groupe d’atomes de carbone suffisamment proches pour commencer à se lier. Au fur et à mesure que d'autres atomes de carbone se déplacent dans le voisinage, ils vont s'attacher. C'est ainsi que grandit le cristal. C'est le processus de verrouillage en place des atomes qui produit ce réseau répétitif, cette structure d'atomes de carbone, qui finit par devenir suffisamment grand pour produire des cristaux visibles. Chacun de ces cristaux, chaque diamant, un diamant d'un carat, représente littéralement des milliards et des milliards d'atomes de carbone qui ont tous dû se verrouiller pour former cette structure cristalline très ordonnée.
Vous avez mentionné que les scientifiques ne savent pas d'où provient le carbone. Quelles sont quelques sources possibles?
Dans certains cas, le carbone semble provenir du manteau de la Terre, donc du carbone déjà présent dans la Terre. Dans d'autres cas, des preuves très curieuses suggèrent que le carbone pourrait provenir de la surface de la Terre. On pense que ce carbone aurait pu être littéralement du carbone faisant partie de sédiments carbonatés ou d'animaux, de plantes, de coquillages, etc., qui aurait été transporté dans le manteau supérieur de la Terre par le mécanisme de tectonique des plaques appelé subduction.
Combien de temps faut-il aux diamants pour se former?
Nous ne savons vraiment pas combien de temps cela prend. Il y a eu des tentatives pour essayer de dater des inclusions dans différentes parties du diamant, et celles-ci ont largement échoué. Il se peut que les diamants se forment sur des périodes aussi courtes que des jours, des semaines, des mois ou des millions d'années. En règle générale, comme pour de nombreux cristaux qui se développent sur la Terre, ce n'est pas un processus continu. Les diamants peuvent commencer à croître et il peut y avoir une interruption pour une raison quelconque - un changement de conditions, de température, de pression, de source de carbone, etc. - et ils peuvent rester des millions, des centaines de millions d'années, puis recommencer à croître . Cela fait partie du problème de l’essai d’une période de croissance; les choses ne se produisent pas toujours de manière continue sur la Terre.
Nous pouvons faire pousser des diamants dans le laboratoire et simuler les conditions là-bas. Mais il y a des choses que nous devons faire pour cultiver des diamants en laboratoire qui ne sont pas évidentes quant à la façon dont cela se passe sur la Terre. En laboratoire, ils sont généralement cultivés, mais il y a un catalyseur. Certains métaux sont souvent ajoutés pour provoquer la croissance des diamants, mais ces mêmes catalyseurs ne sont pas observés dans les diamants du manteau supérieur de la Terre.
Quel âge ont alors les diamants?
Tous les diamants, à notre connaissance, sont assez anciens sur la Terre. La plupart des formations de diamants ont probablement eu lieu sur la Terre au cours des deux premiers milliards d'années de son histoire. Des gisements de diamants ont été découverts et sont plus jeunes. La roche elle-même, la kimberlite, n’a peut-être que des dizaines de centaines de millions d’années. La manière dont ils datent les diamants consiste généralement à examiner les inclusions d'autres minéraux dans le diamant qui peuvent être datées de manière radioactive. Les diamants eux-mêmes ne peuvent pas être datés. Mais si les inclusions minérales contiennent certains éléments tels que le potassium et des éléments qui peuvent être utilisés dans un schéma de datation radioactif, alors en datant l'inclusion dans le diamant, vous aurez une idée de l'âge du diamant lui-même. Et ces dates suggèrent toujours que les diamants sont assez vieux. Des centaines de millions d’années au moins, mais dans la plupart des cas, des milliards d’années, de un à trois milliards d’années, une époque où la terre était probablement plus chaude qu’aujourd’hui et où les conditions étaient peut-être plus propices à la croissance des diamants.
Quel âge a le célèbre diamant Hope exposé au musée d'histoire naturelle de Smithsonian?
Le diamant Hope a au moins un milliard d'années. Vous ne voyez pas la roche d'origine qui transportait les diamants à la surface, mais ils ont trouvé en Inde des kimberlites contenant des traces de diamants. Ces Kimberlites ont au moins un milliard d'années. Cela suggère donc que le diamant Hope et les diamants similaires trouvés en Inde ont été découverts il y a au moins un milliard d'années et peut-être même plus longtemps. Nous sommes donc à l'aise de dire que le diamant Hope a au moins un milliard d'années. Lorsque vous examinez la propagation par âge de la plupart des autres diamants, il est probablement beaucoup plus vieux que cela.
Qu'est-ce qui rend le diamant Hope si inhabituel?
Sa taille et sa couleur le rendent très inhabituel. Lorsque vous pensez à l'histoire des personnes qui extraient des diamants, on n'a trouvé qu'un seul diamant qui ait produit un diamant bleu foncé de la taille et de la qualité du diamant Hope. Cela vous donne une idée de son caractère inhabituel et remarquable. Encore une fois, j'ai toujours soutenu que c'était aussi remarquable qu'un objet d'histoire naturelle, un produit de la Terre, que c'est une pierre précieuse taillée par l'homme. La plupart du temps, quand les gens écrivent à propos du Hope Diamond, ils commencent par: "Eh bien, il a été trouvé en Inde." L’essentiel de mon propos, c’est que l’histoire a commencé beaucoup plus tôt. Beaucoup de diamants n'arrivent jamais à ce point, car ils n'ont tout simplement pas survécu à toutes ces choses qui auraient dû se passer.
Dans la deuxième partie, découvrez les diamants de couleur, la manière dont les scientifiques développent des versions synthétiques en laboratoire et les efforts mondiaux visant à limiter la vente de diamants de guerre. Dans le dernier volet de cette série en trois parties, découvrez les histoires fascinantes derrière la collection du Smithsonian.
