Les minéraux

Comment se forment les diamants?



Contrairement à ce que beaucoup de gens croient, les diamants ne se forment pas à partir du charbon.


Formation de diamant: Les diamants trouvés à la surface de la Terre ou à proximité se sont formés par le biais de quatre processus différents. Le dessin ci-dessus sur la tectonique des plaques présente ces quatre méthodes de formation des diamants. Des informations supplémentaires sur chacun d'eux peuvent être trouvées dans les paragraphes et les petits dessins ci-dessous.

Table des matières


Méthodes de formation du diamant
1) Formation de diamant dans le manteau terrestre
2) Formation de diamant dans les zones de subduction
3) Formation de diamants sur les sites d'impact
4) Formation dans l'espace
Les preuves les plus convaincantes
Formation de diamants à la surface de la Terre

Méthodes de formation de diamant

Beaucoup de gens croient que les diamants sont formés à partir du métamorphisme du charbon. Cette idée continue d'être l'histoire de la «formation des diamants» dans de nombreuses classes de sciences.

Le charbon a rarement - sinon jamais - joué un rôle dans la formation des diamants. En fait, la plupart des diamants datés sont beaucoup plus anciens que les premières plantes terrestres de la Terre - la matière source du charbon! Cela seul devrait être une preuve suffisante pour arrêter l'idée que les gisements de diamants de la Terre se sont formés à partir du charbon.

Un autre problème avec l'idée est que les filons de charbon sont des roches sédimentaires qui se produisent généralement sous forme d'unités rocheuses horizontales ou presque horizontales. Cependant, les roches mères de diamants sont des tuyaux verticaux remplis de roches ignées.

On pense que quatre processus sont responsables de la quasi-totalité des diamants naturels qui ont été trouvés à la surface de la Terre ou à proximité. L'un de ces processus représente près de 100% de tous les diamants qui ont déjà été extraits. Les trois autres sont des sources insignifiantes de diamants commerciaux.

Ces processus impliquent rarement - voire jamais - le charbon.

Diamants des éruptions profondes: On pense que la plupart des gisements de diamants commerciaux se sont formés lorsqu'une éruption volcanique de source profonde a livré des diamants à la surface. Dans ces éruptions, le magma se déplace rapidement du plus profond du manteau, passant souvent à travers une zone de stabilité du diamant sur sa route vers la surface. Des morceaux de roche de la zone de stabilité du diamant peuvent être arrachés et transportés rapidement vers le haut à la surface. Ces morceaux de roche sont appelés «xénolithes» et peuvent contenir des diamants.

1) Formation de diamant dans le manteau terrestre

Les géologues pensent que les diamants de tous les gisements de diamants commerciaux de la Terre se sont formés dans le manteau et ont été livrés à la surface par des éruptions volcaniques profondes. Ces éruptions produisent les tuyaux de kimberlite et de lamproite recherchés par les prospecteurs de diamants.

La plupart de ces tuyaux ne contiennent pas de diamant ou contiennent une si petite quantité de diamant qu'ils ne présentent pas d'intérêt commercial. Cependant, des mines à ciel ouvert et souterraines se développent dans ces tuyaux lorsqu'elles contiennent des diamants adéquats pour une exploitation rentable. Les diamants ont également été altérés et érodés par certains de ces tuyaux. Ces diamants sont maintenant contenus dans les dépôts sédimentaires (placers) des ruisseaux et des côtes.

La formation de diamants naturels nécessite des températures et des pressions très élevées. Ces conditions se produisent dans des zones limitées du manteau terrestre à environ 90 miles (150 kilomètres) ou plus sous la surface, où les températures sont d'au moins 2000 degrés Fahrenheit (1050 degrés Celsius) 1. L'environnement critique de température-pression pour la formation et la stabilité des diamants n'est pas présent dans le monde entier. Au lieu de cela, on pense qu'il est principalement présent dans le manteau sous les intérieurs stables des plaques continentales 2.

Les diamants formés et stockés dans ces «zones de stabilité des diamants» sont livrés à la surface de la Terre lors d'éruptions volcaniques profondes. Ces éruptions arrachent des morceaux du manteau et les transportent rapidement à la surface 3. Voir l'emplacement 1 dans le diagramme en haut de la page. Ce type d'éruption volcanique est extrêmement rare et n'a jamais été observé par les humains modernes.

Le charbon est-il impliqué? Le charbon est une roche sédimentaire, formée de débris végétaux déposés à la surface de la Terre. Il est rarement enterré à des profondeurs supérieures à 3,2 kilomètres. Il est très peu probable que le charbon ait été déplacé de la croûte à une profondeur bien inférieure à la base d'une plaque continentale. La source de carbone de ces diamants du manteau est très probablement du carbone piégé à l'intérieur de la Terre au moment de la formation de la planète ou livré à de grandes profondeurs par subduction.

Des diamants des sédiments océaniques? Les zones de subduction se produisent aux limites des plaques convergentes où une plaque est forcée vers le bas dans le manteau. Au fur et à mesure que cette plaque descend, elle est exposée à une augmentation de la température et de la pression. Des diamants ont été découverts dans des roches qui auraient été détruites puis remises à la surface. Ces types de roches sont très rares et aucun gisement de diamant commercial connu n'a été développé en leur sein. Les diamants trouvés dans ces types de gisements étaient très petits et ne convenaient pas à un usage commercial.

2) Formation de diamant dans les zones de subduction

De minuscules diamants ont été trouvés dans des roches qui auraient été enfoncées profondément dans le manteau par des processus tectoniques en plaques - puis retournées à la surface 4. (Voir l'emplacement 2 dans le diagramme en haut de la page.) Formation de diamants dans une sous-conduite la plaque peut se produire à seulement 50 miles (80 kilomètres) sous la surface et à des températures aussi basses que 390 degrés Fahrenheit (200 degrés centigrades) 1. Dans une autre étude, les diamants du Brésil contenaient de minuscules inclusions minérales conformes à la minéralogie de croûte océanique 8. D'autres ont des inclusions qui suggèrent que l'eau de mer subduite a été impliquée dans leur formation 9.

Une étude plus récente a étudié l'origine des diamants bleus contenant du bore qui se sont formés à des profondeurs allant jusqu'à 400 miles (650 kilomètres). Ces diamants super profonds contenaient également des inclusions indiquant qu'ils étaient dérivés de la croûte océanique subduite. dix

Le charbon est-il impliqué? Le charbon n'est pas une source probable de carbone pour ce processus de formation de diamant. Les sources de carbone les plus probables de la subduction d'une plaque océanique sont les roches carbonatées telles que le calcaire, le marbre et la dolomite, et éventuellement les particules de débris végétaux dans les sédiments du large.

Diamants d'impact d'astéroïdes: Des diamants ont été trouvés dans et autour des cratères de nombreux sites d'impact d'astéroïdes. Un excellent exemple est le cratère Popigai dans le nord de la Sibérie, en Russie. La Terre a été touchée à plusieurs reprises par des astéroïdes tout au long de son histoire. Ces astéroïdes frappent avec une telle force que des pressions et des températures suffisamment élevées pour former des diamants sont produites. Si la roche cible contient du carbone, les conditions nécessaires pour former des diamants peuvent se produire dans la zone d'impact. Ces types de diamants sont rares et ne jouent pas un rôle important dans l'extraction commerciale du diamant.

3) Formation de diamants sur les sites d'impact

Tout au long de son histoire, la Terre a été touchée à plusieurs reprises par de gros astéroïdes. Lorsque ces astéroïdes frappent la terre, des températures et des pressions extrêmes sont produites. Par exemple: lorsqu'un astéroïde de six milles (10 kilomètres) de large frappe la terre, il peut se déplacer jusqu'à 9 à 12 milles par seconde (15 à 20 kilomètres par seconde). Lors de l'impact, cet objet à hypervitesse produirait une explosion d'énergie équivalente à de nombreuses armes nucléaires et des températures plus chaudes que la surface du soleil 5.

Les conditions de température et de pression élevées d'un tel impact sont plus que suffisantes pour former des diamants. Cette théorie de la formation des diamants a été appuyée par la découverte de minuscules diamants autour de plusieurs sites d'impact d'astéroïdes. Voir Emplacement 3 dans le diagramme en haut de la page.

De minuscules diamants inférieurs au millimètre ont été trouvés au Meteor Crater en Arizona. Des diamants industriels polycristallins d'une taille allant jusqu'à 13 millimètres ont été trouvés dans le cratère de Popigai, dans le nord de la Sibérie, en Russie. 7

Le charbon est-il impliqué? Le charbon pourrait être présent dans la zone cible de ces impacts et pourrait servir de source de carbone pour les diamants. Les calcaires, les marbres, les dolomites et les autres roches carbonées sont des sources de carbone plus probables que le charbon.

Diamants extraterrestres: Des diamants ont été découverts dans certaines météorites. On pense que ces diamants se sont formés dans l'espace en réponse à des impacts d'astéroïdes ou à d'autres événements graves.

4) Formation dans l'espace

Des chercheurs de la NASA ont détecté un grand nombre de nanodiamants dans certaines météorites. (Les nanodiamants sont des diamants de quelques nanomètres - des milliardièmes de mètre de diamètre.) Environ trois pour cent du carbone de ces météorites est contenu sous forme de nanodiamants. Ces diamants sont trop petits pour être utilisés comme gemmes ou abrasifs industriels; cependant, ils sont une source de matière diamantée 6. Voir l'emplacement 4 dans le diagramme en haut de la page.

Des chercheurs du Smithsonian ont également trouvé un grand nombre de minuscules diamants lorsqu'ils coupaient un échantillon de la météorite Allen Hills 7. On pense que ces diamants dans les météorites se sont formés dans l'espace par des collisions à grande vitesse similaires à la façon dont les diamants se forment sur Terre aux sites d'impact.

Le charbon est-il impliqué? Le charbon n'est pas impliqué dans la création de ces diamants. La source de carbone provient d'un corps autre que la Terre.

"On m'a souvent demandé:" Quelle est votre théorie de la cristallisation originale du diamant? "
"Tout ce que l'on peut dire, c'est que, d'une manière inconnue, le carbone, qui existait au plus profond des régions internes de la Terre, est passé de son apparence noire et peu attrayante à la plus belle gemme qui ait jamais vu le jour."
Gardner F. Williams, directeur général de De Beers Consolidated Mines, Ltd., 1887 à 1905. 11

Les preuves les plus convaincantes

La preuve la plus convaincante que le charbon n'a pas joué un rôle dans la formation de la plupart des diamants est une comparaison entre l'âge des diamants de la Terre et l'âge des premières plantes terrestres.

La plupart des gisements de diamants encaissés dans la roche qui ont été trouvés se sont formés au cours de l'Eon précambrien - l'intervalle de temps entre la formation de la Terre (il y a environ 4600 millions d'années) et le début de la période cambrienne (il y a environ 542 millions d'années). En revanche, les premières plantes terrestres n'apparaissent sur Terre qu'il y a environ 450 millions d'années - près de 100 millions d'années après la formation de la grande majorité des diamants qui ont été extraits.

Étant donné que le charbon est formé de débris végétaux terrestres et que les plantes terrestres les plus anciennes sont plus jeunes que presque tous les diamants jamais datés, il est facile de conclure que le charbon n'a pas joué un rôle important dans la formation des diamants naturels de la Terre.

Les références
1 Erlich, E.I .; Dan Hausel, W. (2002). Dépôts de diamants. Société pour l'exploitation minière, la métallurgie et l'exploration. pp. 74-94. ISBN 0873352130.
2 Musée américain d'histoire naturelle (1998). La nature des diamants - Les diamants se trouvent sur les noyaux continentaux. Musée américain d'histoire naturelle.
3 Musée américain d'histoire naturelle (1998). La nature des diamants - Kimberlite et Lamproite. Musée américain d'histoire naturelle.
4 Musée américain d'histoire naturelle (1998). La nature des diamants - des collisions continentales, des impacts de météores et de la poussière d'étoile. Musée américain d'histoire naturelle.
5 Oakes, Maureen (2003). Modélisation d'un impact d'astéroïde - at-il tué les dinosaures?. Laboratoire national de Los Alamos. URL
6 Vu, Linda (2008). Les yeux de Spitzer sont parfaits pour repérer des diamants dans le ciel. NASA / JPL Caltech. URL
7 Tyson, Peter (2000). Diamants dans le ciel. NOVA en ligne. URL
8 Walter, M.J.et autres (2011). Les diamants montrent la profondeur du cycle du carbone de la Terre. Institution Carnegie pour la science. URL
9 Krajick, Kevin (2015). Cracking Open Diamonds pour les messages de la Terre profonde. État de la planète, Earth Institute | Université de Columbia. URL
10 Gemological Institute of America (2018). Des chercheurs découvrent l'origine unique des diamants bleus, Gemological Institute of America. URL
11 Les mines de diamants d'Afrique du Sud: par Gardner F. Williams; The Macmillan Company; 1902, volume 2, page 152. URL

Formation de diamants à la surface de la Terre

Dans les années 1950, de nouvelles méthodes de formation de diamants ont été découvertes à la surface de la Terre. Les scientifiques ont pu créer les conditions de température et de pression nécessaires pour créer des diamants dans un laboratoire. La plupart des premiers diamants n'étaient pas de qualité gemme, mais ils étaient parfaits pour être utilisés comme granulés abrasifs dans les forets, les outils de coupe et les meules. Bientôt, de plus gros diamants cultivés en laboratoire étaient fabriqués pour être utilisés comme roulements résistants à l'usure, dissipateurs thermiques pour processeurs informatiques et fenêtres à haute température.

Aujourd'hui, presque tous les diamants utilisés dans les processus industriels sont des diamants créés en laboratoire. Ils sont également fabriqués dans des qualités suffisamment élevées pour obtenir des grades incolores et très très légèrement inclus dans les laboratoires de classement des diamants. Ils sont fabriqués dans un spectre de couleurs en ajoutant de l'azote (jaune) ou du bore (bleu) à l'environnement diamantifère. Le vert, le rose, l'orange et d'autres couleurs sont possibles avec les processus de traitement post-croissance. Des diamants créés en laboratoire sont fabriqués aux États-Unis et dans plusieurs autres pays. La Chine est le premier pays producteur de diamants créés en laboratoire.

Tous les diamants cultivés en laboratoire sont fabriqués à l'aide d'un équipement qui consomme une énorme quantité d'électricité, qui est nécessaire pour créer les conditions de température et de pression nécessaires à la croissance des diamants. Une partie de cette électricité est susceptible d'être générée par la combustion de charbon. Ce sont peut-être les meilleurs exemples de diamants fabriqués à partir de charbon.

Voir la vidéo: Comment la Terre fabrique-t-elle nos diamants? (Juillet 2020).