Minerales

¿Cómo se forman los diamantes?



Al contrario de lo que mucha gente cree, los diamantes no se forman a partir del carbón.


Formación de diamantes: Los diamantes encontrados en o cerca de la superficie de la Tierra se han formado a través de cuatro procesos diferentes. La caricatura de tectónica de placas anterior presenta estos cuatro métodos de formación de diamantes. Se puede encontrar información adicional sobre cada uno de ellos en los párrafos y pequeños dibujos animados a continuación.

Tabla de contenido


Métodos de formación de diamantes
1) Formación de diamantes en el manto de la Tierra
2) Formación de diamantes en zonas de subducción
3) Formación de diamantes en los sitios de impacto
4) Formación en el espacio
La evidencia más convincente
Formación de diamantes en la superficie de la tierra

Métodos de formación de diamantes

Mucha gente cree que los diamantes se forman a partir del metamorfismo del carbón. Esa idea sigue siendo la historia de "cómo se forman los diamantes" en muchas aulas de ciencias.

El carbón rara vez, si es que alguna vez, ha jugado un papel en la formación de diamantes. De hecho, la mayoría de los diamantes que han sido datados son mucho más antiguos que las primeras plantas terrestres de la Tierra, ¡el material fuente del carbón! Eso solo debería ser suficiente evidencia para cerrar la idea de que los depósitos de diamantes de la Tierra se formaron a partir del carbón.

Otro problema con la idea es que las capas de carbón son rocas sedimentarias que generalmente ocurren como unidades de roca horizontales o casi horizontales. Sin embargo, las rocas de origen de los diamantes son tuberías verticales llenas de rocas ígneas.

Se cree que cuatro procesos son responsables de prácticamente todos los diamantes naturales que se han encontrado en o cerca de la superficie de la Tierra. Uno de estos procesos representa casi el 100% de todos los diamantes que se han extraído. Los tres restantes son fuentes insignificantes de diamantes comerciales.

Estos procesos rara vez, si es que alguna vez, involucran carbón.

Diamantes de erupciones de origen profundo: Se cree que la mayoría de los depósitos comerciales de diamantes se formaron cuando una erupción volcánica de origen profundo entregó diamantes a la superficie. En estas erupciones, el magma viaja rápidamente desde las profundidades del manto, a menudo pasando a través de una zona de estabilidad de diamante en su ruta hacia la superficie. Los trozos de roca de la zona de estabilidad del diamante pueden liberarse y transportarse rápidamente hacia la superficie. Estas piezas de roca se conocen como "xenolitos" y pueden contener diamantes.

1) Formación de diamantes en el manto de la Tierra

Los geólogos creen que los diamantes en todos los depósitos de diamantes comerciales de la Tierra se formaron en el manto y fueron entregados a la superficie por erupciones volcánicas de origen profundo. Estas erupciones producen las tuberías de kimberlita y lamproita que son buscadas por los buscadores de diamantes.

La mayoría de estas tuberías no contienen diamantes, o contienen una cantidad tan pequeña de diamantes que no son de interés comercial. Sin embargo, se desarrollan minas a cielo abierto y subterráneas en estas tuberías cuando contienen diamantes adecuados para una minería rentable. Los diamantes también se han desgastado y erosionado de algunas de estas tuberías. Esos diamantes ahora están contenidos en los depósitos sedimentarios (placer) de arroyos y costas.

La formación de diamantes naturales requiere temperaturas y presiones muy altas. Estas condiciones ocurren en zonas limitadas del manto de la Tierra a unos 90 millas (150 kilómetros) o más debajo de la superficie, donde las temperaturas son de al menos 2000 grados Fahrenheit (1050 grados Celsius) 1. El entorno crítico de temperatura y presión para la formación y estabilidad de diamantes no es presente a nivel mundial. En cambio, se cree que está presente principalmente en el manto debajo de los interiores estables de las placas continentales 2.

Los diamantes formados y almacenados en estas "zonas de estabilidad de diamantes" se entregan a la superficie de la Tierra durante las erupciones volcánicas de origen profundo. Estas erupciones arrancan trozos del manto y los llevan rápidamente a la superficie 3. Vea la ubicación 1 en el diagrama en la parte superior de la página. Este tipo de erupción volcánica es extremadamente rara y nunca ha sido observada por humanos modernos.

¿Está involucrado el carbón? El carbón es una roca sedimentaria, formada a partir de restos vegetales depositados en la superficie de la Tierra. Raramente está enterrado a profundidades mayores de dos millas (3.2 kilómetros). Es muy poco probable que el carbón se haya movido desde la corteza hacia una profundidad muy por debajo de la base de una placa continental. La fuente de carbono para estos diamantes de manto es muy probablemente carbono atrapado en el interior de la Tierra en el momento de la formación del planeta o entregado a grandes profundidades por subducción.

Diamantes de los sedimentos oceánicos? Las zonas de subducción se producen en los límites de la placa convergente, donde una placa se fuerza hacia abajo en el manto. A medida que esta placa desciende, se expone a un aumento de la temperatura y la presión. Se han encontrado diamantes en rocas que se cree que han sido subducidas y luego devueltas a la superficie. Estos tipos de rocas son muy raros, y no se han desarrollado depósitos comerciales de diamantes conocidos dentro de ellos. Los diamantes encontrados en este tipo de depósitos han sido muy pequeños y no aptos para uso comercial.

2) Formación de diamantes en zonas de subducción

Se han encontrado pequeños diamantes en rocas que se cree que se han subducido profundamente en el manto mediante procesos tectónicos de placas, luego se han devuelto a la superficie 4. (Ver Ubicación 2 en el diagrama en la parte superior de la página). Formación de diamantes en una subducción la placa puede ocurrir a tan solo 50 millas (80 kilómetros) debajo de la superficie y a temperaturas tan bajas como 390 grados Fahrenheit (200 grados centígrados) 1. En otro estudio, se descubrió que los diamantes de Brasil contienen pequeñas inclusiones minerales compatibles con la mineralogía de corteza oceánica 8. Otros tienen inclusiones que sugieren que el agua de mar subducida estuvo involucrada en su formación 9.

Un estudio más reciente investigó el origen de los diamantes azules que contienen boro que se formaron a profundidades de hasta 650 kilómetros (400 millas). Estos diamantes súper profundos también contenían inclusiones que indicaban que se derivaban de la corteza oceánica subducida. 10

¿Está involucrado el carbón? El carbón no es una fuente probable de carbono para este proceso de formación de diamantes. Las fuentes de carbono más probables de la subducción de una placa oceánica son las rocas carbonatadas, como la piedra caliza, el mármol y la dolomita, y posiblemente partículas de restos vegetales en sedimentos en alta mar.

Diamantes de impacto de asteroides: Se han encontrado diamantes en y alrededor de los cráteres de muchos sitios de impacto de asteroides. Un excelente ejemplo es el cráter Popigai en el norte de Siberia, Rusia. La Tierra ha sido golpeada repetidamente por asteroides a lo largo de su historia. Estos asteroides golpean con tal fuerza que se producen presiones y temperaturas lo suficientemente altas como para formar diamantes. Si la roca objetivo contiene carbono, las condiciones necesarias para formar diamantes pueden ocurrir dentro del área de impacto. Estos tipos de diamantes son raros y no juegan un papel importante en la extracción comercial de diamantes.

3) Formación de diamantes en los sitios de impacto

A lo largo de su historia, la Tierra ha sido golpeada repetidamente por grandes asteroides. Cuando estos asteroides golpean la tierra, se producen temperaturas y presiones extremas. Por ejemplo: cuando un asteroide de seis millas (10 kilómetros) de ancho golpea la tierra, puede viajar a una velocidad de hasta 9 a 12 millas por segundo (15 a 20 kilómetros por segundo). Tras el impacto, este objeto de hipervelocidad produciría una explosión de energía equivalente a muchas armas nucleares y temperaturas más altas que la superficie del sol 5.

Las condiciones de alta temperatura y presión de tal impacto son más que adecuadas para formar diamantes. Esta teoría de la formación de diamantes ha sido respaldada por el descubrimiento de pequeños diamantes alrededor de varios sitios de impacto de asteroides. Vea la ubicación 3 en el diagrama en la parte superior de la página.

Se han encontrado pequeños diamantes submilimétricos en el cráter Meteor en Arizona. Se han encontrado diamantes industriales policristalinos de hasta 13 milímetros de tamaño en el cráter Popigai en el norte de Siberia, Rusia. 7 7

¿Está involucrado el carbón? El carbón podría estar presente en el área objetivo de estos impactos y podría servir como fuente de carbono de los diamantes. Las calizas, mármoles, dolomitas y otras rocas que contienen carbono son fuentes de carbono más probables que el carbón.

Diamantes extraterrestres: Se han descubierto diamantes en algunos meteoritos. Se cree que estos diamantes se formaron en el espacio en respuesta a impactos de asteroides u otros eventos graves.

4) Formación en el espacio

Los investigadores de la NASA han detectado grandes cantidades de nanodiamantes en algunos meteoritos. (Los nanodiamantes son diamantes que tienen unos pocos nanómetros - billonésimas de metro de diámetro). Alrededor del tres por ciento del carbono en estos meteoritos está contenido en forma de nanodiamantes. Estos diamantes son demasiado pequeños para usar como gemas o abrasivos industriales; sin embargo, son una fuente de material de diamante 6. Vea la ubicación 4 en el diagrama en la parte superior de la página.

Los investigadores del Smithsonian también encontraron grandes cantidades de pequeños diamantes cuando cortaban una muestra del meteorito 7. Allen Hills. Se cree que estos diamantes en meteoritos se formaron en el espacio a través de colisiones de alta velocidad similares a cómo se forman los diamantes en la Tierra en los sitios de impacto.

¿Está involucrado el carbón? El carbón no participa en la creación de estos diamantes. La fuente de carbono es de un cuerpo distinto de la Tierra.

"Me han preguntado con frecuencia:" ¿Cuál es su teoría de la cristalización original del diamante? "
"Todo lo que se puede decir es que, de alguna manera desconocida, el carbono, que existía en las regiones internas de la Tierra, cambió de su aspecto negro y poco atractivo a la gema más hermosa que jamás haya visto la luz del día".
Gardner F. Williams, Gerente General de De Beers Consolidated Mines, Ltd., 1887 a 1905. 11

La evidencia más convincente

La evidencia más convincente de que el carbón no jugó un papel en la formación de la mayoría de los diamantes es una comparación entre la edad de los diamantes de la Tierra y la edad de las primeras plantas terrestres.

La mayoría de los depósitos de diamantes alojados en rocas que se han encontrado se formaron durante el Eón Precámbrico, el lapso de tiempo entre la formación de la Tierra (hace unos 4.600 millones de años) y el comienzo del Período Cámbrico (hace aproximadamente 542 millones de años). En contraste, las primeras plantas terrestres no aparecieron en la Tierra hasta hace unos 450 millones de años, casi 100 millones de años después de la formación de la gran mayoría de los diamantes que se han extraído.

Dado que el carbón se forma a partir de restos de plantas terrestres, y las plantas terrestres más antiguas son más jóvenes que casi todos los diamantes que se hayan fechado, es fácil concluir que el carbón no jugó un papel importante en la formación de los diamantes naturales de la Tierra.

Referencias
1 Erlich, E.I .; Dan Hausel, W. (2002). Depósitos de diamantes. Sociedad de Minería, Metalurgia y Exploración. pp. 74-94. ISBN 0873352130.
2 Museo Americano de Historia Natural (1998). La naturaleza de los diamantes: los diamantes se encuentran en núcleos continentales. Museo Americano de Historia Natural.
3 Museo Americano de Historia Natural (1998). La naturaleza de los diamantes - Kimberlita y Lamproita. Museo Americano de Historia Natural.
4 Museo Americano de Historia Natural (1998). La naturaleza de los diamantes: de colisiones continentales, impactos de meteoritos y polvo de estrellas. Museo Americano de Historia Natural.
5 Oakes, Maureen (2003). Modelando un impacto de asteroide: ¿mató a los dinosaurios? Laboratorio Nacional de Los Alamos. URL
6 Vu, Linda (2008). Los ojos de Spitzer son perfectos para detectar diamantes en el cielo. NASA / JPL Caltech. URL
7 Tyson, Peter (2000). Diamantes en el cielo. NOVA en línea. URL
8 Walter, M.J. y otros (2011). Los diamantes muestran la profundidad del ciclo de carbono de la Tierra. Institución Carnegie para la Ciencia. URL
9 Krajick, Kevin (2015). Romper diamantes abiertos para mensajes de la tierra profunda. Estado del planeta, Instituto de la Tierra | Universidad de Colombia. URL
10 Instituto Gemológico de América (2018). Los investigadores descubren el origen único de los diamantes azules, Instituto Gemológico de América. URL
11 Las minas de diamantes de Sudáfrica: por Gardner F. Williams; La compañía Macmillan; 1902, Volumen 2, página 152. URL

Formación de diamantes en la superficie de la tierra

En la década de 1950, se descubrieron nuevos métodos de formación de diamantes en la superficie de la Tierra. Los científicos pudieron crear las condiciones de temperatura y presión necesarias para crear diamantes en un laboratorio. La mayoría de los primeros diamantes no tenían calidad de gema, pero eran perfectos para usar como gránulos abrasivos en brocas, herramientas de corte y muelas abrasivas. Pronto se fabricaron diamantes cultivados en laboratorio más grandes para su uso como cojinetes resistentes al desgaste, disipadores de calor para procesadores informáticos y ventanas de alta temperatura.

Hoy en día, casi todos los diamantes utilizados en procesos industriales son diamantes creados en laboratorio. También se fabrican en calidades lo suficientemente altas como para obtener calificaciones incoloras y muy, muy ligeramente incluidas, de los laboratorios de clasificación de diamantes. Se fabrican en un espectro de colores agregando nitrógeno (amarillo) o boro (azul) al entorno de formación de diamantes. Verde, rosa, naranja y otros colores son posibles con los procesos de tratamiento post-crecimiento. Los diamantes creados en laboratorio se están fabricando en los Estados Unidos y en varios otros países. China es el país líder en la producción de diamantes creados en laboratorio.

Todos los diamantes cultivados en laboratorio se fabrican con equipos que consumen una enorme cantidad de electricidad, que es necesaria para crear las condiciones de temperatura y presión necesarias para cultivar diamantes. Es probable que parte de esa electricidad se genere al quemar carbón. Estos podrían ser los mejores ejemplos de diamantes hechos con carbón.