Lonsdaleit to kosmiczny diament. Jest znacznie twardszy od ziemskiego odpowiednika

W tym artykule:

1. Czym jest lonsdaleit?
2. Odkrycie lonsdaleitu
3. Jak powstał lonsdaleit?
4. Czym lonsdaleit różni się od zwykłego diamentu?
5. To odkrycie może wpłynąć na wiele gałęzi przemysłu

W historii Wszechświata niejednokrotnie dochodziło do potężnych kolizji. Niedługo po powstaniu Słońca, gdy powstawały planety Układu Słonecznego, nastąpiło potężne zderzenie planety karłowatej z dużą planetoidą. To wydarzenie miało miejsce miliardy lat temu, a jednak dziś naukowcy mogą analizować jego ślady. Umożliwiają to lonsdaleity – specyficzne sześciokątne diamenty, które cechują się niebywałą twardością.

Czym jest lonsdaleit?

Ten niezwykły minerał swoją nazwę zaczerpnął od nazwiska brytyjskiej pionierki krystalografii – Dame Kathleen Lonsdale. Była ona pierwszą kobietą w szeregach Towarzystwa Królewskiego w Londynie. Dawniej lonsdaleit był uznawany za odrębny minerał, ale dziś już wiadomo, że jest to polimorficzna odmiana diamentu o sześciokątnej strukturze.

Odkrycie lonsdaleitu

Ten specyficzny kryształ został opisany po raz pierwszy już w 1967 roku. Opisu dokonano na podstawie próbek pozyskanych z meteorytu odnalezionego w Canyon Diablo w stanie Arizona.

Twardszy niż diament, elastyczny jak guma. Odkryto nową formę węgla

Skompresowany szklisty węgiel – tak nazywa się substancja uzyskana przez badaczy z Chin i USA. Jej niezwykłe właściwości sprawiają, że może znaleźć zastosowanie w elektronice i kamizel...

Przez ponad pięćdziesiąt lat naukowcy nie mogli ustalić, czy rzeczywiście mają do czynienia z nowym minerałem, czy tylko z rzadką formą diamentu. Dopiero niedawno badacze pozbyli się wszelkich wątpliwości w tym temacie. Odnalezione jakiś czas temu kryształy lonsdaleitu były większe od wcześniej odkrytych, a ich wiek może sięgać kilku miliardów lat. O ile wcześniej odkryte okazy mogły powstać w wyniku zderzenia meteorytu z Ziemią, to rekordowo duże znalezisko najprawdopodobniej powstało w przestrzeni kosmicznej, w początkowej fazie istnienia Układu Słonecznego.

O jak dużej próbce mowa? Kryształy miały rozmiar ok. jednego mikrona, czyli tysięcznej części milimetra. Tak, w tym kontekście określenie „duże” nie wydaje się być najtrafniej dobranym, ale należy podkreślić, że wcześniej odkryte były ok. tysiąckrotnie mniejsze.

Jak powstał lonsdaleit?

Zespół badawczy z Uniwersytetu RMIT w Australii, pod kierownictwem Alana Saleka, Andrew G. Tomkinsa i Dougala McCullocha, poddał analizie osiemnaście próbek meteorytów ureilitowych, które mogą być pamiątką po kolizji planety karłowatej z dużą planetoidą sprzed 4,5 mld lat. Ich badania dowiodły, że lonsdaleit mógł uformować się w tych rzadkich pozostałościach ciał niebieskich.

Ureility to rzadka grupa meteorytów. Obecnie zalicza się je pierwotnych achondrytów (wcześniej przeważała opinia, że należą do achondrytów). Składają się z ziaren oliwinu i piroksenu, między którymi występuje węgiel w formie grafitu i mikrodiamentów. W ich strukturze występują także ziarna siarczków i metali. Meteoryty ureilitowe należy dzielić na trzy grupy: oliwinowo-ortopiroksenowe, oliwinowo-pigeonitowe i polimiktyczne.

Dzięki wykorzystaniu mikroskopii elektronowej, naukowcom udało się namierzyć nienaruszone „plastry” minerału. Na tej podstawie stworzyli migawki formowania lonsdaleitu. Jak ustalili, kryształy o niespotykanej twardości uformowały się w stanie nadkrytycznym, w wysokiej temperaturze i w warunkach wysokiego ciśnienia. Mowa tu zatem o procesie nadkrytycznego osadzania z fazy gazowej, który zaszedł w płaszczu planety karłowatej, tuż po zderzeniu obu ciał niebieskich. Kiedy ciśnienie uległo obniżeniu, a temperatura spadła, część lonsdaleitu została zastąpiona przez zwykły diament.

Czym lonsdaleit różni się od zwykłego diamentu?

Jak twierdzą badacze, lonsdaleit może być twardszy od diamentu nawet o 58 proc. Jak to możliwe, skoro diament jest najtwardszym naturalnym minerałem w skali Mohsa? Spieszymy z wyjaśnieniem.

W zwykłych diamentach atomy węgla układają się w sześciany. Każdy atom znajduje się w równej odległości od czterech sąsiadujących, dzięki czemu struktura minerału cechuje się dużą twardością. Lonsdaleit jest zbudowany nieco inaczej.

Analiza cienkich „plastrów” minerału dowiodła, że w tym przypadku atomy węgla układają się w sześciokąty. Wygląda zatem na to, że zachowały oryginalny układ atomów węgla grafitu. Nie jest tajemnicą, że heksagonalna struktura cechuje się wyjątkową wytrzymałością. Dowodzą tego choćby plastry miodu. Sześciokątna struktura jest nadawana wielu materiałom syntetycznym, które mają wykazywać wyjątkową twardość i odporność.

To odkrycie może wpłynąć na wiele gałęzi przemysłu

Próby stworzenia syntetycznego lonsdaleitu były już podejmowane w przeszłości, ale dopiero to odkrycie pozwoliło naukowcom zrozumieć przebieg tergo procesu. Teraz badacze z RMIT próbują odtworzyć go w warunkach laboratoryjnych.

Istnieje wiele gałęzi przemysłu, w których „nieziemska twardość” kosmicznego diamentu jest wysoce pożądana. Wystarczy wskazać choćby na górnictwo, ale nie tylko. Syntetyczny lonsdaleit mógłby być wykorzystywany do wytwarzania supertwardych miniaturowych części ciężkich maszyn.

Nasz ekspert

Artur Białek

Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.