Timanttisadetta

Neptunus. Kuva NASA/Voyager 2.

Mitä yhteistä on timanteilla ja Uranus- ja Neptunus-planeetoilla? Vastaus saattaa olla yllättävä, sillä tietomme kummastakin planeetasta ovat suurelta osin Voyager 2 luotaimen ohilennolta 1980-luvulta. Vähäisistä tiedoista huolimatta tutkijat ovat ajatelleet, että niin Uranuksen kuin Neptunuksen olosuhteet voisivat olla sopivat timanttien muodostumiseen.

Kummankin planeetan ilmakehässä on saatavilla timantteihin tarvittavaa hiiltä. Hiili on peräisin metaanista, jota Neptunuksen ilmakehässä on noin 2 %. Sen lisäksi tarvitaan riittävän kova paine ja korkea lämpötila. Hiilen faasimuunnokset tunnetaan hyvin ja tiedämme, että kun lämpötila on noin 4500 K ja paine vähintään 10 GPa niin silloin hiilestä muodostuu timantteja. Neptunuksessa vaadittavat olosuhteet ovat vallitsevia noin 8050 km syvyydessä pilvipeitteen alapuolella.

Saksalaisen Dominik Kraus’in (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf)  tutkijaryhmä on nyt onnistunut jäljittelemään timanttien syntyä laboratoriossaan. Hiilen lähteenä he käyttivät polystryreeniä ja lämpötilan ja paineen he loivat kahdella voimakkaalla laserpulsilla. Kumpikin laserpulssi aiheutti polystyreeniin sokkiaallon, jotka yhdistyessään synnyttivät noin 5000 K lämpötilan ja noin 150 GPa paineen. Tämän seurauksena hiilen atomit muodostivat timantteja.

Hiilellä on kolme allotroopista kiderakennetta, joista kaksi on
kuvassa: kuutio timanteissa ja päälekkäiset hilatasot grafiitissa.
Kolmas allotroopinen muoto on fullereeni.
Kuva Wikimedia Commons.

Timanttien koko oli tietysti äärimmäisen pieni, vain muutamia nanometrejä, mutta niin oli myös timanttien muodostumisen mahdollistava aika hyvin lyhyt. Joka tapauksessa tutkijoiden mielestä timanttien muodostumishypoteesi Neptunuksen ilmakehässä on ainakin askeleen lähempänä tieteellistä teoriaa kuin aikaisemmin.

Tutkijat olettavat, että Neptunuksen olosuhteissa timanttien koko voi olla paljon suurempi ja että timantteja syntyy jatkuvasti. Näin ollen timantit muodostaisivat timanttisateen, jonka seurauksena Neptunuksen oletetun kivimineraaleista koostuvan ytimen ympärille olisi muodostunut timanteista paksukerros. Onko näin, se lienee hyvin vaikea osoittaa oikeaksi ainakin lähitulevaisuudessa!