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Mikrodiamanten

Für Schmucksteine zu klein, galten sie lange als wertlos. Heute sind sie ein begehrter Industrierohstoff – und vielleicht der Schlüssel zu einem besseren Verständnis der Entstehung von Diamanten.


Seit 3000 Jahren ist Diamant ein hochgeschätzter Edelstein. In altindischen Kulturen schrieb man ihm magische Kräfte zu, und selbst im christlichen Europa des Mittelalters zogen die Ritter manchmal mit einem Diamantring in die Schlacht, weil sie glaubten, das harte, funkelnde Juwel mache sie tapfer und furchtlos.

In neuerer Zeit dient Diamant nicht nur als Schmuckstück, sondern hat auch eine Vielzahl industrieller Anwendungen gefunden. Chemisch besteht er aus gewöhnlichem Kohlenstoff mit einer Reinheit von über 99 Prozent; allerdings liegt das Element in einer besonderen Modifikation vor, die nur bei sehr hohen Drücken entsteht. Wegen der speziellen Art der chemischen Bindung ist Diamant das härteste bekannte Material überhaupt. Weil man damit praktisch alle anderen Stoffe ritzen kann, eignet er sich ideal für Schleifmittel sowie Schneide-, Mahl- und Polierwerkzeuge. Zugleich besticht er durch eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit: das Dreifache derjenigen von Kupfer. Dadurch vermag Diamant Wärme in elektronischen Bauelementen wie Halbleiterlasern optimal zu verteilen oder abzuführen.

Für die meisten technischen Anwendungen genügen winzige Kristalle. Das ist der Grund für ein zunehmendes wissenschaftliches und technologisches Interesse an Mikrodiamanten; darunter versteht man Exemplare, deren Abmessungen in jeder Raumrichtung weniger als einen halben Millimeter betragen.

Bis vor kurzem kümmerte man sich kaum um derart kleine Exemplare, die als Schmuck wertlos waren und sich nur mit komplizierten, aufwendigen Verfahren gewinnen ließen. Verbesserte Abbautechniken und eine wachsende industrielle Nachfrage haben dies jedoch geändert: inzwischen sind auch Mikrodiamanten ein begehrter Rohstoff.

Nach jahrzehntelanger Forschung gilt heute als gesichert, daß Diamanten in handelsüblicher Größe sich im Erdmantel bilden und durch Vulkane nach oben befördert werden. Wie die kleineren Steine entstehen, ist dagegen nicht ganz klar. Es könnte sich einfach um jüngere Kristalle handeln, die wenig Zeit zum Wachsen hatten, bevor sie an die Oberfläche gelangten; oder sie haben sich in einem kohlenstoffarmen Milieu gebildet, wo sie sozusagen verkümmerten. Einige Wissenschaftler vertreten freilich die Meinung, daß Mikrodiamanten durch zwar ähnliche, aber letztlich andere Prozesse entstanden sind als die großen Exemplare.

Dafür spricht, daß die kleinen Steine gelegentlich für sich allein vorkommen. Meist sind sie allerdings mit den größeren vergesellschaftet – überraschenderweise sogar in Lagerstätten, in denen Resorptionsprozesse wirksam waren; darunter versteht man eine Vielzahl von Vorgängen wie Auflösung oder Korrosion, welche die Diamanten verkleinern und dabei oft abgerundete Ecken und Kanten erzeugen. Nun haben die winzigen Exemplare ein besonders hohes Verhältnis von Fläche zu Volumen; daher sollten Resorptionsprozesse, die an großen Diamanten nagen, die kleinen völlig aufzehren.



Im Magmastrom geboren?



Dieser Widerspruch ist ein weiteres Indiz dafür, daß Mikrodiamanten einen anderen Ursprung haben könnten als die größeren Steine. Nach einer umstrittenen Hypothese bilden sie sich in aufsteigendem Magma, wo besondere Wachstumsbedingungen und -prozesse die Größe der Kohlenstoffkristalle einschränken. Die Mehrheit der Mineralogen behauptet freilich, Magma sei nur das Transportmittel, und die kleinen Kristalle würden wie die größeren im Erdmantel gebildet.

Als sei die Verwirrung nicht groß genug, hat man Mikrodiamanten inzwischen auch an Orten entdeckt, wo sie beim Zusammenstoß von tektonischen Platten in der Erdkruste entstanden sein könnten. Und schließlich fanden sich winzige Exemplare sogar in Meteoriten.

Die Beziehung zwischen Mikrodiamanten und den handelsüblichen Steinen zu klären wäre ein wichtiger Beitrag zum besseren Verständnis dieser Kohlenstoff-Modifikation – und damit auch zur Entwicklung von effizienteren Fördertechniken und von besseren Verfahren zur Herstellung synthetischer Diamanten.

Literaturhinweise

Polykristalliner Diamant als Schneidstoff. Von Jan Ch. Siebert. Hanser, Berlin 1991.

Diamonds. Von Eric Bruton. NAG Press, London 1978.

Diamond. Von Gordon Davies. Adam Hilger, Bristol 1984.

A Comparison of the Microdiamonds from Kimberlite and Lamproite of Yakutia and Australia. Von R. I. Trautman, B. J. Griffin, W. R. Taylor, Z. V. Spetsius, C. B. Smith und D. C. Lee in: Proceedings of the Sixth International Kimberlite Conference, Band 2: Russian Geology and Geophysics, Nummer 38. Allerton Press, 1997.

The Nature of Diamonds. Herausgegeben von George E. Harlow. Cambridge University Press, 1998.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 1 / 1999, Seite 32
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
1 / 1999

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 1 / 1999

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