Войти
Хотя алмазы на Земле редки, внеземные алмазы (алмазы, образованные за пределами Земли) очень распространены. В метеоритах много алмазов размером не намного больше молекул, а некоторые из них образовались в звездах до Солнечной системы. Эксперименты под высоким давлением показывают, что из метана на планетах-гигантах Уран и Нептун образуется большое количество алмазов, а на некоторых планетах других планетных систем может быть почти чистым алмазом. Алмазы также встречаются в звездах и, возможно, были первым минералом, когда-либо образовавшимся.
Концепция художника множества крошечных алмазов рядом с горячей звездой. В 1987 году группа ученых исследовала несколько метеоритов и нашла алмазные зерна диаметром около 2 нанометров (наноалмазы ). В них оказались благородные газы, изотопная подпись которых указывала на то, что они пришли извне Солнечной системы. Анализы большего количества метеоритов обнаружили наноалмазы от множества различных звезд. История их происхождения сохранилась, несмотря на долгую и жестокую историю, которая началась, когда они были выброшены из звезды в межзвездную среду, прошли через формирование Солнечной системы, были включены в планетное тело, которое позже разбилось на метеориты и, наконец, разбилось о поверхность Земли.
В метеоритах наноалмазы составляют около 3 процентов углерода и 400 частей на миллион массы. Зерна карбида кремния и графита также имеют аномальные изотопные структуры. В совокупности они известны как пресолнечные зерна или звездная пыль, и их свойства ограничивают модели нуклеосинтеза в гигантских звездах и сверхновых.
Неясно, сколько наноалмазы в метеоритах действительно находятся за пределами Солнечной системы. Лишь очень небольшая часть из них содержит благородные газы и до недавнего времени было невозможно изучить их индивидуально. В среднем, отношение углерода-12 к углерода-13 соответствует таковому в атмосфере Земли, тогда как отношение азота-14 к азот-15 соответствует Солнцу. Такие методы, как томография атомного зонда, позволят исследовать отдельные зерна, но из-за ограниченного числа атомов изотопное разрешение ограничено.
Если бы большинство наноалмазов действительно образовалось в Солнце System, что поднимает вопрос, как это возможно. На поверхности Земли графит является стабильным углеродным минералом, в то время как более крупные алмазы могут образовываться только при таких температурах и давлениях, которые обнаруживаются глубоко в мантии. Однако размер наноалмазов близок к молекулярному: алмаз диаметром 2,8 нм (средний размер) содержит около 1800 атомов углерода. В очень мелких минералах важна поверхностная энергия, и алмазы более стабильны, чем графит, поскольку структура алмаза более компактна. Кроссовер по стабильности составляет от 1 до 5 нм. При еще меньших размерах можно найти множество других форм углерода, таких как фуллерены, а также алмазные ядра, обернутые фуллеренами.
Самые богатые углеродом метеориты с содержанием до 7 частей на тысячу по массе составляют уреилиты. Они не не известны родительского тела и их происхождение, является спорным. Алмазы часто встречаются в сильно шоковых уреилитах, и считается, что большинство из них образовалось либо в результате удара о Землю, либо от других тел в космосе. Однако гораздо более крупные алмазы были найдены во фрагментах метеорита Алмахата Ситта, найденного в Нубийской пустыне в Судане. Они содержали включения железосодержащих и серосодержащих минералов, первые включения, обнаруженные в инопланетных алмазах. Они были датированы кристаллами возрастом 4,5 миллиарда лет и образовались при давлении более 20 гигапаскалей. Авторы исследования 2018 года пришли к выводу, что они, должно быть, пришли с протопланеты, которая больше не повреждена, размером между Луной и Марсом.
Инфракрасное излучение из космоса, наблюдаемое с помощью Infrared Space Обсерватория и Космический телескоп Спитцера дали понять, что углеродсодержащие молекулы повсеместно распространены в космосе. К ним относятся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), фуллерены и алмазоиды (углеводороды, которые имеют ту же кристаллическую структуру, что и алмаз). Если бы пыль в космосе имела подобную концентрацию, то в одном грамме ее было бы до 10 квадриллионов, но пока нет доказательств их присутствия в межзвездной среде; их трудно отличить от алмазоидов.
Исследование 2014 года, проведенное Джеймсом Кеннетом из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, выявило тонкий слой алмазов, раскинувшийся на трех континентах. Это подтвердило спорную гипотезу о том, что столкновение большой кометы с Землей около 13000 лет назад привело к исчезновению мегафауны в Северной Америке и положило конец Культура Хлодвига.
Уран, снимок Вояджер-2 в 1986 году. В 1981 году Марвин Росс написал статью под названием «Лед слой на Уране и Нептуне - алмазы в небе? " в котором он предположил, что огромное количество алмазов может быть найдено внутри этих планет. В Лоуренс Ливермор он проанализировал данные ударно-волнового сжатия метана (CH 4) и обнаружил, что экстремальное давление отделяется атом углерода из водорода, высвобождая его для образования алмаза.
Теоретическое моделирование Сандро Скандоло и других предсказало, что алмазы будут образовываться при давлениях более 300 гига паскалей (ГПа), но даже при метан при более низком давлении разрушается и образует цепочки углеводородов. Эксперименты с высоким давлением в Калифорнийском университете в Беркли с использованием ячейки с алмазной наковальней обнаружили оба явления при давлении всего 50 ГПа и температуре 2500 кельвинов, что эквивалентно глубине 7000 километров под вершинами облаков Нептуна.. Другой эксперимент в геофизической лаборатории показал, что метан становится нестабильным при давлении всего 7 ГПа и 2000 кельвинов. После образования более плотные алмазы утонут. Этот «алмазный дождь» преобразует потенциальную энергию в тепло и поможет вызвать конвекцию, которая генерирует магнитное поле Нептуна.
Есть некоторые неопределенности насколько хорошо экспериментальные результаты применимы к Урану и Нептуну. Вода и водород, смешанные с метаном, могут изменить химические реакции. Физик из Института Фрица Габера в Берлине показал, что углерод на этих планетах недостаточно сконцентрирован для образования алмазов с нуля. Предположение о том, что алмазы могут также образовываться на Юпитере и Сатурне, где концентрация углерода намного ниже, было сочтено маловероятным, потому что алмазы быстро растворятся.
Эксперименты по превращению метана в алмазы обнаружили слабые сигналы и подтвердились. не достичь температуры и давления, ожидаемых на Уране и Нептуне. Однако в недавнем эксперименте использовался ударный нагрев лазерами для достижения температуры и давления, ожидаемых на глубине 10 000 километров под поверхностью Урана. Когда они сделали это с полистиролом, почти каждый атом углерода в материале был включен в кристаллы алмаза в течение наносекунды.
На Земле естественной формой карбида кремния является редкий минерал, муассанит.В Солнечной системе от 70% до 90% скалистых планет (Венера, Земля и Марс) состоят из силикатов. Напротив, звезды с высоким отношением углерода к кислороду могут вращаться вокруг планет, которые в основном состоят из карбидов, причем наиболее распространенным материалом является карбид кремния. Он имеет более высокую теплопроводность и более низкое тепловое расширение, чем силикаты. Это привело бы к более быстрому кондуктивному охлаждению у поверхности, но ниже конвекция могла бы быть по крайней мере такой же сильной, как на силикатных планетах.
Одна такая планета - PSR J1719-1438 b, спутник миллисекундного пульсара. Он имеет плотность как минимум вдвое больше, чем свинец, и может состоять в основном из сверхплотного алмаза. Считается, что это остаток белого карлика после того, как пульсар потерял более 99 процентов своей массы.
Другая планета, 55 Cancri e, имеет была названа «супер-Землей», потому что, как и Земля, это скалистая планета, вращающаяся вокруг звезды, похожей на Солнце, но она имеет в два раза больший радиус и в восемь раз большую массу. Исследователи, обнаружившие его в 2012 году, пришли к выводу, что он богат углеродом, что делает вероятным наличие большого количества алмазов. Однако более поздний анализ с использованием нескольких измерений химического состава звезды показал, что у звезды на 25 процентов больше кислорода, чем углерода. Это снижает вероятность того, что сама планета является углеродной планетой.
Было высказано предположение, что алмазы существуют в богатых углеродом звездах, особенно в белых карликах; и карбонадо, поликристаллическая смесь алмаза, графита и аморфного углерода и самая прочная природная форма углерода, может происходить из сверхновых и белые карлики. Белый карлик BPM 37093, расположенный на расстоянии 50 световых лет (4,7 × 10 км) в созвездии Центавр и имеющий диаметр 2500 миль (4000 км), мог иметь алмазное ядро, которое прозвали Люси. Этот гигантский алмаз, вероятно, является одним из самых больших во вселенной.
В 2008 году Роберт Хазен и его коллеги из Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия опубликовали статью «Эволюция минералов», в которой они исследовали историю образования минералов и обнаружили, что разнообразие минералов менялось с течением времени по мере изменения условий. До образования Солнечной системы присутствовало лишь небольшое количество минералов, включая алмазы и оливин. Первыми минералами могли быть маленькие алмазы, образованные в звездах, потому что звезды богаты углеродом, а алмазы образуются при более высокой температуре, чем любой другой известный минерал.
