Redox-Gefrieren lässt Kohlenstoff kristallisieren

Juwelieren und Minenbetreibern sind sie ein Dorn im Auge, für Geo­logen sind sie dagegen eine wertvolle Infor­mations­quelle: Trübungen, genauer gesagt Einschlüsse, in Diamanten bergen wichtige Infor­mationen. Dank einer neuen Unter­suchungsmethode ist es einem Forscher­team aus Australien und Deutsch­land jetzt gelungen, aus solchen Ein­schlüssen den ersten direkten Nach­weis für einen bestimmten Ent­stehungs­prozess der Edel­steine zu führen. Demnach entstehen Diamanten auch durch Redox-Gefrieren, ein Prozess, bei dem Kohlen­stoff im Erd­mantel zu Diamant kristal­lisiert. Die Studie zeigt, dass die Reduktion von Karbonat zu Diamant über die Oxidation von Eisen­sulfid zu Eisen­oxid gesteuert wird und die Diamant-Kristal­lisation auf der Ober­fläche dieser Ein­schlüsse beginnt.

Für den Nachweis nutzten die Wissen­schaftler die Trans­mission-Kikuchi-Methode, die aus der Material­wissen­schaft stammt. Das Verfahren verlangt dünne Proben mit einer Dicke von weniger als hundert Nano­metern. Die unter­suchte Diamant­probe enthielt Eisen­sulfid-Ein­schlüsse. Der Rand eines Ein­schlusses besteht aus einer Anein­ander­reihung von Magnetit-Nano­kristallen, die eine unter­schiedliche kristallo­graphische Orien­tierung zuein­ander haben. Diese Orien­tierungs­unter­schiede sollten gemessen werden. Dazu musste die vorl­iegende Probe, die mit einem fokus­sierten Ionen­strahl bereits aus­ge­dünnt worden war, nach­ge­dünnt werden. Anja Schreiber vom Geo­forschungs­zentrum Potsdam gelang es erstmals, eine solche FIB-Probe auf einem Kohlen­stoff-Trägernetz erfolg­reich nach­zu­dünnen. Ohne diese Nach­dünnung wäre diese Studie nicht möglich gewesen.

Das Ergebnis trägt zur Lösung einer seit Jahr­zehnten offenen Frage bei. Diamant-Fach­leute fragten sich seit Langem, wieso Schwefel­ver­bindungen so häufig als Ein­schlüsse in Diamanten vor­kommen. Eisen­sulfide sind die häufigsten Ein­schlüsse, obwohl Schwefel mit 0,02 Prozent äußerst selten im Erd­mantel vor­kommt. Jetzt zeigt sich, dass die Oxi­dierung der Eisen­sulfide direkt zum zur Bildung von Diamanten führt, die dann eben jene Sulfide als Ein­schluss bergen.

GFZ / RK