Diamante, como el grafito, es una forma especial de carbono. Su estructura de cristal cúbico y sus fuertes enlaces químicos le confieren su dureza única. Durante miles de años, también ha sido buscado como herramienta y como objeto de belleza. Solo en la década de 1950 fue posible producir diamantes artificialmente por primera vez.

La mayoría de los diamantes naturales se forman en el manto de la Tierra a profundidades de al menos 150 kilómetros, donde prevalecen temperaturas superiores a los 1500 grados Celsius y presiones enormemente altas de varios gigapascales, más de 10.000 veces la de un neumático de bicicleta bien inflado. Existen diferentes teorías sobre los mecanismos exactos que son responsables de su formación. El material de partida son masas fundidas ricas en carbonatos, es decir, compuestos de magnesio, calcio o silicio que son ricos tanto en oxígeno como en carbono.

Una nueva vía para la formación de diamantes.

Debido a que los procesos electroquímicos tienen lugar en el manto de la Tierra y los derretimientos y líquidos que existen allí pueden tener una alta conductividad eléctrica, Los investigadores dirigidos por Yuri Palyanov del Instituto de Geología y Mineralogía V. S. Sobolev SB de la Academia de Ciencias de Rusia Novosibirsk desarrollaron un modelo para la formación de diamantes en el que los campos eléctricos altamente localizados juegan un papel central. Según este concepto, la aplicación de menos de un voltio, un voltaje más bajo que el proporcionado por la mayoría de las baterías domésticas, proporciona electrones que desencadenan un proceso de transformación química. Estos electrones disponibles hacen posible que ciertos compuestos de carbono-oxígeno de los carbonatos se conviertan en CO ₂ a través de una serie de reacciones químicas, conduciendo finalmente a carbono puro en forma de diamante.

Para probar su teoría, El equipo de investigación ruso desarrolló una sofisticada instalación experimental:una cápsula de platino de tamaño milimétrico estaba rodeada por un sistema de calentamiento que a su vez se colocó en un aparato de alta presión necesario para producir presiones inmensas de hasta 7,5 gigapascales. Diminuto, electrodos cuidadosamente construidos conducidos a la cápsula, que se había llenado con polvos de carbonato o carbonato-silicato. Se realizaron numerosos experimentos a temperaturas entre 1300 y 1600 ° C, algunos de los cuales duraron hasta 40 horas.

Los diamantes solo crecen con voltaje

Los experimentos llevados a cabo en Novosibirsk mostraron, como se predijo, que pequeños diamantes crecen cerca del electrodo negativo en el transcurso de varias horas, pero esto sucedió solo cuando se aplicó un pequeño voltaje; medio voltio ya era suficiente. Con un diámetro que alcanza un máximo de 200 micrómetros, es decir, una quinta parte de un milímetro, los cristales recién creados eran más pequeños que un grano de arena típico. Es más, como se esperaba, se descubrió que el otro grafito mineral de carbono puro se formaba en experimentos llevados a cabo a presiones más bajas. Una prueba más del nuevo mecanismo se produjo cuando el investigador invirtió la polaridad del voltaje:luego los diamantes crecieron en el otro electrodo, exactamente como se esperaba. Sin que se suministre voltaje desde el exterior de la cápsula, no se formaron ni grafito ni diamantes. En las cercanías de los diamantes, También se encontraron otros minerales que están asociados con el manto profundo de la Tierra.

"Las instalaciones experimentales en Novosibirsk son absolutamente impresionantes, "dice Michael Wiedenbeck, jefe del laboratorio SIMS en el GFZ, que forma parte de la Infraestructura Modular de Ciencias de la Tierra (MESI) de Potsdam. Ha estado cooperando con los investigadores rusos durante más de diez años; él junto con el ingeniero de laboratorio del SIMS Frédéric Couffignal, analizaron diamantes producidos por sus colegas rusos. Para determinar si la teoría de Yuri Palyanov sobre la formación de diamantes es completamente correcta, la composición isotópica de los diamantes tenía que caracterizarse con mucha precisión.

Análisis de precisión "hecho en Potsdam"

Los investigadores de Potsdam utilizaron espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS) para este propósito. El instrumento de Potsdam es un espectrómetro de masas altamente especializado, proporcionando a geocientíficos de todo el mundo datos de alta precisión a partir de muestras extremadamente pequeñas. "Con esta tecnología podemos determinar la composición de áreas diminutas en muestras submilimétricas con gran precisión, "dice Wiedenbeck. Por lo tanto, menos de una mil millonésima parte de un gramo de un diamante producido en laboratorio necesitaba ser eliminado utilizando un haz de iones dirigido con mucha precisión. A continuación, se inyectaron átomos cargados eléctricamente en un aparato de seis metros de largo que separó cada uno de los miles de millones de partículas en función de su masa individual. Esta tecnología permite separar elementos químicos, y en particular es posible distinguir sus variantes más ligeras o más pesadas conocidas como isótopos. “De esta forma hemos demostrado que la relación entre los isótopos de carbono 13C y 12C se comporta exactamente según el modelo desarrollado por nuestros colegas en Novosibirsk. Con esto, hemos contribuido a la pieza final del rompecabezas, por así decirlo, para confirmar esta teoría, "dice Wiedenbeck. Sin embargo, Cabe señalar que este nuevo método no es adecuado para la producción en masa de grandes diamantes artificiales.

"Nuestros resultados muestran claramente que los campos eléctricos deben considerarse como un factor adicional importante que influye en la cristalización de los diamantes. Esta observación puede resultar bastante significativa para comprender los cambios en las proporciones de isótopos de carbono dentro del ciclo global del carbono, "Yuri Polyanov resume.