Diamantes extraterrestres - Extraterrestrial diamonds

Embora os diamantes na Terra sejam raros, os diamantes extraterrestres (diamantes formados fora da Terra) são muito comuns. Diamantes tão minúsculos que contêm apenas cerca de 2.000 átomos de carbono são abundantes em meteoritos e alguns deles se formaram em estrelas antes que o Sistema Solar existisse. Experimentos de alta pressão sugerem que grandes quantidades de diamantes são formados a partir de metano nos planetas gigantes de gelo Urano e Netuno , enquanto alguns planetas em outros sistemas planetários podem ser diamantes quase puros. Os diamantes também são encontrados nas estrelas e podem ter sido o primeiro mineral a se formar.

Meteoritos

Concepção artística de uma infinidade de pequenos diamantes ao lado de uma estrela quente.

Em 1987, uma equipe de cientistas examinou alguns meteoritos primitivos e encontrou grãos de diamante com cerca de 2,5 nanômetros de diâmetro ( nanodiamantes ). Presos neles estavam gases nobres cuja assinatura isotópica indicava que vinham de fora do Sistema Solar . Análises de meteoritos primitivos adicionais também encontraram nanodiamantes. O registro de suas origens foi preservado apesar de uma longa e violenta história que começou quando eles foram ejetados de uma estrela para o meio interestelar , passaram pela formação do Sistema Solar , foram incorporados a um corpo planetário que mais tarde foi dividido em meteoritos, e finalmente caiu na superfície da Terra.

Nos meteoritos, os nanodiamantes representam cerca de 3% do carbono e 400 partes por milhão da massa. Grãos de carboneto de silício e grafite também apresentam padrões isotópicos anômalos. Coletivamente, eles são conhecidos como grãos presolares ou poeira estelar e suas propriedades restringem os modelos de nucleossíntese em estrelas gigantes e supernovas .

Não está claro quantos nanodiamantes em meteoritos são realmente de fora do Sistema Solar. Apenas uma pequena fração deles contém gases nobres de origem presolar e até recentemente não era possível estudá-los individualmente. Em média, a proporção de carbono-12 para carbono-13 coincide com a da atmosfera da Terra, enquanto a de nitrogênio-14 para nitrogênio-15 coincide com o sol . Técnicas como a tomografia por sonda atômica possibilitarão o exame de grãos individuais, mas devido ao número limitado de átomos, a resolução isotópica é limitada.

Se a maioria dos nanodiamantes se formou no Sistema Solar, isso levanta a questão de como isso é possível. Na superfície da Terra , o grafite é o mineral de carbono estável, enquanto os diamantes maiores só podem ser formados no tipo de temperaturas e pressões encontradas nas profundezas do manto . No entanto, os nanodiamantes estão próximos do tamanho molecular: um com diâmetro de 2,8 nm, o tamanho médio, contém cerca de 1.800 átomos de carbono. Em minerais muito pequenos, a energia de superfície é importante e os diamantes são mais estáveis ​​do que o grafite porque a estrutura do diamante é mais compacta. O cruzamento em estabilidade está entre 1 e 5 nm. Em tamanhos ainda menores, uma variedade de outras formas de carbono, como fulerenos, pode ser encontrada, bem como núcleos de diamante envoltos em fulerenos.

Os meteoritos mais ricos em carbono, com abundância de até 7 partes por mil por peso, são os ureilitos . Estes não têm nenhum corpo parental conhecido e sua origem é controversa. Os diamantes são comuns em ureilitas altamente chocados, e acredita-se que a maioria tenha sido formada pelo choque do impacto com a Terra ou com outros corpos no espaço. No entanto, diamantes muito maiores foram encontrados em fragmentos de um meteorito chamado Almahata Sitta , encontrado no deserto da Núbia, no Sudão . Eles continham inclusões de minerais portadores de ferro e enxofre, as primeiras inclusões a serem encontradas em diamantes extraterrestres. Eles foram datados em cristais de 4,5 bilhões de anos e foram formados a pressões superiores a 20 gigapascais. Os autores de um estudo de 2018 concluíram que eles devem ter vindo de um protoplaneta, não mais intacto, com um tamanho entre o da lua e o de Marte.

Emissões infravermelhas do espaço, observadas pelo Infrared Space Observatory e pelo Spitzer Space Telescope , deixaram claro que as moléculas que contêm carbono são onipresentes no espaço. Estes incluem hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (PAHs), fulerenos e diamondoides (hidrocarbonetos que têm a mesma estrutura cristalina do diamante). Se a poeira no espaço tivesse uma concentração semelhante, um grama carregaria até 10 quatrilhões deles, mas até agora há pouca evidência de sua presença no meio interestelar; são difíceis de distinguir dos diamantóides.

Um estudo de 2014 liderado por James Kennett da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara identificou uma fina camada de diamantes espalhados por três continentes. Isso deu suporte a uma hipótese controversa de que a colisão de um grande cometa com a Terra há cerca de 13.000 anos causou a extinção da megafauna na América do Norte e pôs fim à cultura Clovis durante o período Dryas mais jovem. Os dados de nanodiamantes relatados são considerados por alguns como a evidência física mais forte para um evento de impacto / bólido de Dryas mais jovem. No entanto, esse estudo foi gravemente falho e foi baseado em métodos questionáveis ​​e não confiáveis ​​para medir a abundância de nanodiamantes nos sedimentos. Além disso, a maioria dos 'nanodiamantes' relatados na fronteira de Younger Dryas não são diamantes, mas sim relatados como o polêmico 'n-diamante'. O uso de 'n-diamante' como marcador de impacto é problemático devido à presença de nanocristais de Cu nativos em sedimentos que podem ser facilmente confundidos com 'n-diamante', caso essa controversa fase de carbono ainda exista.

Planetas

Sistema solar

Urano , fotografado pela Voyager 2 em 1986.

Em 1981, Marvin Ross escreveu um artigo intitulado "A camada de gelo em Urano e Netuno - diamantes no céu?" em que ele propôs que enormes quantidades de diamantes podem ser encontradas no interior desses planetas. Em Lawrence Livermore , ele analisou dados da compressão por ondas de choque do metano (CH 4 ) e descobriu que a pressão extrema separava o átomo de carbono do hidrogênio, liberando-o para formar o diamante.

A modelagem teórica por Sandro Scandolo e outros previu que os diamantes se formariam em pressões acima de 300 giga pascals (GPa), mas mesmo em pressões mais baixas o metano seria interrompido e formaria cadeias de hidrocarbonetos. Experimentos de alta pressão na Universidade da Califórnia em Berkeley usando uma célula de bigorna de diamante encontraram ambos os fenômenos em apenas 50 GPa e uma temperatura de 2.500 kelvins, equivalente a profundidades de 7.000 quilômetros abaixo do topo das nuvens de Netuno. Outro experimento no Laboratório Geofísico viu o metano se tornar instável em apenas 7 GPa e 2.000 kelvins. Após a formação, os diamantes mais densos afundariam. Essa "chuva de diamantes" converteria a energia potencial em calor e ajudaria a impulsionar a convecção que gera o campo magnético de Netuno.

Existem algumas incertezas em quão bem os resultados experimentais se aplicam a Urano e Netuno. Água e hidrogênio misturados com o metano podem alterar as reações químicas. Um físico do Instituto Fritz Haber em Berlim mostrou que o carbono nesses planetas não está concentrado o suficiente para formar diamantes a partir do zero. Uma proposta de que os diamantes também possam se formar em Júpiter e Saturno, onde a concentração de carbono é muito mais baixa, foi considerada improvável porque os diamantes se dissolveriam rapidamente.

Experimentos buscando a conversão de metano em diamantes encontraram sinais fracos e não atingiram as temperaturas e pressões esperadas em Urano e Netuno. No entanto, um experimento recente usou aquecimento de choque por lasers para atingir temperaturas e pressões esperadas a uma profundidade de 10.000 quilômetros abaixo da superfície de Urano. Quando eles fizeram isso com o poliestireno , quase todos os átomos de carbono do material foram incorporados aos cristais de diamante em um nanossegundo.

Extrasolar

Na Terra, a forma natural do carboneto de silício é um mineral raro, a moissanita .

No Sistema Solar, os planetas rochosos Mercúrio, Vênus, Terra e Marte são de 70% a 90% de silicatos em massa. Em contraste, estrelas com uma alta proporção de carbono para oxigênio podem ser orbitadas por planetas que são principalmente carbonetos, com o material mais comum sendo o carboneto de silício . Ele tem uma condutividade térmica mais alta e uma expansividade térmica mais baixa do que os silicatos. Isso resultaria em um resfriamento condutivo mais rápido próximo à superfície, mas na parte inferior a convecção poderia ser pelo menos tão vigorosa quanto a dos planetas de silicato.

Um desses planetas é PSR J1719-1438 b , companheiro de um pulsar de milissegundo . Tem uma densidade pelo menos o dobro da do chumbo e pode ser composto principalmente por diamante ultradenso. Acredita-se que seja o remanescente de uma anã branca depois que o pulsar destruiu mais de 99% de sua massa.

Outro planeta, 55 Cancri e , foi chamado de "super-Terra" porque, como a Terra, é um planeta rochoso orbitando uma estrela semelhante ao Sol, mas tem o dobro do raio e oito vezes a massa. Os pesquisadores que o descobriram em 2012 concluíram que era rico em carbono, tornando provável uma abundância de diamantes. No entanto, análises posteriores usando várias medidas para a composição química da estrela indicaram que a estrela tem 25% mais oxigênio do que carbono. Isso torna menos provável que o próprio planeta seja um planeta de carbono.

Estrelas

Foi proposto que os diamantes existem em estrelas ricas em carbono, particularmente anãs brancas; e carbonado , uma mistura policristalina de diamante, grafite e carbono amorfo e a forma natural mais resistente de carbono, poderia vir de supernovas e anãs brancas . A anã branca, BPM 37093 , localizada a 50 anos-luz (4,7 × 10 14  km) de distância na constelação de Centaurus e tendo um diâmetro de 2.500 milhas (4.000 km), pode ter um núcleo de diamante, que foi apelidado de Lucy . Nesse caso, este diamante gigante seria um dos maiores do universo.

Em 2008, Robert Hazen e colegas do Carnegie Institution em Washington, DC publicaram um artigo, "Evolução mineral", no qual exploraram a história da formação mineral e descobriram que a diversidade dos minerais mudou ao longo do tempo conforme as condições mudaram. Antes da formação do Sistema Solar, apenas um pequeno número de minerais estava presente, incluindo diamantes e olivina . Os primeiros minerais podem ter sido pequenos diamantes formados nas estrelas porque as estrelas são ricas em carbono e os diamantes se formam a uma temperatura mais alta do que qualquer outro mineral conhecido.

Veja também

Referências