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I diamanti: un tesoro per gli scienziati.

di Irene Feliciotti

Le gemme più splendenti vengono da Arda, ma pietre in grado di imprigionare la luce del sole non se ne trovano sono nella Terra di Mezzo: noi abbiamo i diamanti! Queste pietre preziose non solo attirano l’interesse dell’ego femminile, ma sono anche uno scrigno di segreti per chimici, fisici e geologi!

Il diamante è un reticolo di carbonio in forma solida, come quella della grafite delle matite, che per la sua conformazione riesce ad avere un’incredibile lucentezza e durezza.

Ma per diventare una gemma preziosa, questi atomi devono avere una specifica conformazione degli orbitali atomici e devono sottostare a particolari condizioni di temperatura e pressione.

Ci sono due teorie sulla formazione dei diamanti. La prima ipotizza che si formino nel mantello litosferico ad una profondità compresa tra 40 e 250 km, a una temperatura tra 900° C e 1400° C, e pressioni tra 10 e 80 mila atmosfere.

L’altra teoria prevede che i diamanti si formino da rocce metamorfiche durante i processi di subduzione, ovvero dove una placca scivola al di sotto di un’altra (pensate alla “cintura di fuoco” attorno all’Oceano Pacifico per avere un’idea di una zona di subduzione). La formazione avrebbe inizio entro la placca tettonica che affonda nel mantello terrestre, a partire da 600°C e per pressioni superiori ai 3 gigapascal. Esiste poi un’altra fonte di diamanti: nelle zone di impatto dei meteoriti sono stati riscontrati microcristalli di diamanti.

Un interessante studio pubblicato su Nature ha recentemente ipotizzato una nuova possibile via di formazione dei diamanti: i preziosi minerali potrebbero anche essersi formati nelle profondità della Terra grazie ad una reazione tra roccia e acqua! Quando ci sono infiltrazioni di fluidi (acqua in condizioni supercritiche, non l’acqua che siamo abituati a vedere abitualmente) in rocce calde ad alte pressioni, in particolari condizioni di pH, ci può essere una precipitazione del carbonio e la formazione della pietra preziosa.

Ma per trovare i diamanti non si scava fino a centinaia di km di profondità: questi sono stati portati in superficie da particolari eruzioni esplosive violentissime che in passato hanno perforato la crosta degli antichi continenti formando quei camini diamantiferi dove oggi si trovano le miniere, soprattutto in Canada, Africa australe e Australia.

Altro segreto del diamante e la metastabilità! Il diamante è termodinamicamente instabile, dovrebbe spontaneamente trasformarsi in grafite, se ciò non avviene  è perché il suo reticolo cristallino a forma tetraedrica è cineticamente stabile e impedisce la traslazione degli atomi di carbonio in atomi con orbitali ibridi sp2. Inoltre, esattamente come un pezzo di carbone, il diamante tende a reagire con l’ossigeno in una reazione di combustione: un diamante gettato nel monte fato si trasformerebbe in CO2.

Per le loro caratteristiche chimiche e fisiche i diamanti sono tra i materiali più duri, tanto che possono essere tagliati solo con altri diamanti o con materiali sintetici di recentissimo sviluppo. Per questa loro caratteristica di durezza, per la loro alta conducibilità e per mille altre proprietà, queste pietre sono molto usate in campo tecnologico ed industriale.

Ma per gli scienziati allo studio del loro reticolo cristallino e della loro formazione i diamanti sono molto di più: sono scrigni di conoscenza in cui sono contenuti la storia ed i segreti delle profondità della Terra. Infatti all’interno dei diamanti spesso sono intrappolati sia altri minerali che fluidi, che forniscono informazioni sulla composizione dell’interno della terra. Analizzando le inclusioni, possiamo ricostruire sia il chimismo dei materiali che le condizioni di pressione e temperatura presenti al momento della formazione del diamante che le contiene.

Quindi possiamo dire che i diamanti non sono solo i bellissimi luccicanti amici delle donne, sono piuttosto essi stessi una miniera di conoscenza, una sorta di capsula del tempo che ci mostra come era l’interno della terra alcuni miliardi di anni fa.

Fonti:

https://www.nature.com/articles/ncomms9702
http://www.elementsmagazine.org/toc/toc_v1n2.pdf
https://www.smithsonianmag.com/travel/german-town-contains-millions-diamonds-180961467/



Irene Feliciotti

Biologa, con una Laurea Magistrale in Biologia, specializzata in neurobiologia, ha proseguito la sua carriera da scienziata all’estero, con un tirocinio in neurogenetica all’universitá di St Andrews, e ora un PhD in biologia strutturale all’Universitá di Reading. Ora quindi vive in UK, e si interessa di neuroscienze, biomedicina, biologia strutturale, probiotici e microbioma; ma anche di tutti gli altri aspetti della scienza e di come questa faccia sempre parte della nostra vita quotidiana. Collabora con Minerva da Novembre 2018 ma ha sempre preso parte ad eventi di divulgazione scientifica, come “Low cost Science” e “Pint of Science”.

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