Tajna plavog dijamanta

Dragocjeni plavi dijamant nosi u sebi neobičnu priču o svom nastanku - koju otkriva njegova kemijska i mineraloška analiza.

Nenad Raos nedjelja, 23. rujna 2018. u 07:00

Omnia praeclara rara“, govoraše stari Latini. Sve što je vrijedno rijetko je. I dragulji su vrijedni zato što su rijetki. Posebice dijamanti. Pa kako sad to, pitat će se (neupućeni) čitatelj, kad dijamant nije ništa drugo nego kristalizirani ugljik, a ugljika ima na Zemlji koliko hoćeš. U Zemljinoj kori ga ima točno  0,1 %, no problem je što dijamanti ne mogu nastati u Zemljinoj kori. U to ćete se lako uvjeriti (ako vam je ostalo štogod  od plaće): uzmite dijamant te ga zagrijte bez pisustva zraka (recimo u atmosferi argona ili dušika) na 1500 oC i on će se pretvoriti u grafit. Moguće je učiniti i obratno, pretvoriti grafit u dijamant, no za to će vam trebati viša temperatura (2400 oC) i daleko viši tlak, tlak od čak 100 tisuća bara. Takve uvjete (2400 oC, 100 tisuća bara) ne nalazimo na površini Zemlje, nego duboko, duboko u njezinoj unutrašnjosti. A tamo nema čega nema. Uzmimo za primjer gnajs, stijenu koja nastaje pomicanjem planine preko njezina ležišta pri čemu se postiže temperatura do 800 oC uz  tlak od 2 do 10 milijuna bara (težina 2 – 10 tisuća tona po kvadratnom centimetru!). Kad pogledate tu stijenu, gnajs, na njoj odmah vidite trgove glačanja, glačanja cijelom planinom!  No vratimo se dijamantima.

Dijamanti su rijetki, a među njima su najrjeđi oni plavi (skupina IIb): tek svaki pettisućiti dijamant, tj. 0,02 % pronađenih dijamanata,  pripada toj skupini. Nalaze se, kao i drugi dijamanti, u vulkanskoj stijeni kimberlitu, pa po starosti matične stijene možemo suditi i o njihovoj starosti. Ukratko, najmlađi plavi dijamanti imaju tek 90 milijuna godina, a najstariji dosižu geološku dob od 1,15 milijarde godina. Najveći poznati dijamanti te vrste (IIb) su Brazilia (176,2 karata), i 122,5-karatni dijamant od kojih je izrezan Cullinam Dream (24,18 karata) te dijamant od 112,5 karata od kojeg je nastao Hope, napoznatiji plavi dijamant na svijetu. (Hope je izbrušen prije više od četiri stoljeća, ima 45,52 karata; dimenzije su mu 25,60 × 21,78 × 12,00 mm.) Kad se uzme sve to u obzir, onda se trebamo  diviti znanstvenicima koji su napravili kolekciju od 46 plavih dijamanata da bi ih potom podrobno istražili (a rezultate istraživanja objavili u časopisu Nature od 2. kolovoza ove godine).

Uklopine feroperiklasa u dijamantu
Uklopine feroperiklasa u dijamantu

No, dobro,  prvo pitanje: čemu plavi dijamant duguje svoju boju? Odgovor na to i na drugo pitanje (Gdje nastaju plavi dijamanti?) nalazimo već u naslovu: „Blue broron-bearing diamonds from Earth's lower mantle“ (Plavi dijamanti koji sadrže bor iz Zemljinog donjeg plašta). Svoju boju plavi dijamnat duguje boru, lijevom susjedu ugljika i gornjem susjedu aluminija u periodnom sustavu elemenata. Bora ima sasvim malo, 0,01 – 10 ppm (dijelova na milijun), no on plavom dijamantu daje poluvodička svojstva (p-tipa). O nastanku dijamanta govore u njemu pronađeni uslomci minerala. Nalaz ortopiroksena, koji je nastao iz bridgmanita ukazuje da plavi dijamanti nastaju u dubini od 660 do 750 km. Nalaz walstromita (CaSiO4) ukazuje pak na tlak od oko 9 GPa. No najveća zagonetka ostaje ipak bor, jer njega u pravilu nema u tim dubinama. Točinje, bora ima stotinu puta više na površini Zemlje nego u njezinom plaštu. Pa kako je onda dospio dublje od 660 km, tamo gdje nastaju plavi dijamanti?

Autori spomenutog rada imaju na to odgovor. Bor je u raspoloživom stanju nastao djelovanjem vruće vode za magmatske stijene (serpentinizacijom), točnije na mineral peridotit ispod oceanske kore (oceanska litosfera). Kada je tektonska ploča na kojoj leži ocean stala prodirati u plašt, stijena nastala serpentinizacijom (serpentinit) prešla je u hidrirane magnezijeve silikate velike gustoće (dense hydrous magnesium silicates, DHMS) koji su ponijeli bor u dubine donjega plašta gdje su se ti silikati, DHMS, razložili na elemenete te je s njima doneseni bor prešao u dijamante koji su tamo nastajali. Kako su dijamanti lakši od magme, počeli su se polako ali sigurno dizali prema Zemljinoj kori, ovog puta kontinentalnoj, da bi potom erupcijom kimberlita dospjeli do naših očiju. Sliku upotpunjuje i nalaz metana i vodika u dijamantima, koji ukazuje kako je u njihovom nastanku imala ulogu i voda – voda koja je pokrenula čitav proces, proces oslobađanja bora serpentinizacijom.

Što se plavi u plavom dijamantu? To je odsjaj vode pradavnog oceana iz kojeg je potekao (da završim ovaj prikaz sasvim pjesnički).

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je doktor prirodnih znanosti iz područja kemije, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja radio je u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  baveći se bioanorganskom i teorijskom (računalnom) kemijom. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je više od dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 13 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika iz područja dizajniranja lijekova. Sada piše za mrežne stranice  Zg-magazina te za časopis Čovjek i svemir te, naravno, za BUG online. U časopisu Kemija u industriji je stalni komentator te  urednik rubrike „Kemija u nastavi“. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti.