Warum regnet es auf der Erde keine Diamanten?

Kürzlich schlussfolgerte ein US-amerikanisches Forscherteam durch simulierte Szenario-Experimente, dass es auf Saturn, Jupiter und viele Planeten außerhalb des Sonnensystems einen Diamantenregen geben wird.

Dies ist ein weiterer Durchbruch infolge der Forschungstheorie, dass „im Sonnensystem häufig Diamantregen über Uranus und Neptun fällt“.

Knappheit macht Dinge wertvoll. Diamanten zählen zu den teuersten Gütern der Welt und werden von den Menschen wegen ihrer Brillanz, Härte und Seltenheit geschätzt. Diamantringe aus Diamanten sind die beliebtesten Geschenke zum Heiratsantrag.

Auf Uranus, Neptun, Saturn, Jupiter und anderen Planeten regnet es Diamanten. Warum regnet es also nicht auf der Erde? Kann die im Labor simulierte Diamantregenszene gefördert und angewendet werden?

Hochwertige Diamanten, Quelle: Diamond Trading Network

01. Ungewöhnlicher Regen!

Der imaginäre Regen ist natürlich das „Wasser“, das vom Himmel herabfällt. Tatsächlich handelt es sich hierbei lediglich um ein Sonderszenario auf der Erde.

Wie wir alle wissen, verwandelt sich Wasser auf dem Boden bei Sonneneinstrahlung in Wasserdampf (auch als „Wasserdampf“ bekannt). Der Wasserdampf steigt in die Luft und verwandelt sich beim Auftreffen auf kalte Luft in kleine Wassertröpfchen.

Diese kleinen Wassertropfen haben zwei Schicksale: Die kleinen und leichten werden durch Luftströmungen in der Luft gehalten und werden zu Wolken; Bei den etwas größeren Partikeln ist die Schwerkraft nach der Aggregation größer als der Auftrieb der Luft und sie werden zu Regentropfen, die zu Boden fallen. Wenn etwas größere Regentropfen auf einen starken Temperaturabfall treffen, kondensieren sie zu Hagel und fallen herab.

Daraus können wir ersehen, dass Regen eine physikalische Veränderung ist.

Schematische Darstellung der Regen- und Schneebildung, Quelle: Online Classroom Network

Dass es Diamanten regnet, ist grundsätzlich etwas anderes als das, was über der Erde regnet. Daten aus den Vorbeiflügen der Sonde an Uranus im Jahr 1986 und Neptun im Jahr 1989 sowie aus einer experimentellen Simulation des Prozesses der Wiederherstellung des Diamantenregens durch die Wissenschaftler zeigen, dass Blitze über dem Planeten das Methan im Gas zersetzen und Kohlenstoff in Form von Ruß bilden. Der Kohlenstoff fällt ab und wird zu Graphit. Der Graphit dringt tief in den Planeten ein und bildet aufgrund des enormen Drucks Diamanten.

Der Prozess von Methan über Kohlenstoff und Graphit zu Diamant ist eindeutig eine chemische Veränderung.

Kristallklare Diamanten und schwarzes Kohlenstoffpulver sowie Graphit gehören zur selben Familie. Quelle: Diamond Trading Network

Weitere Analysen ergaben , dass Diamantregen hauptsächlich von zwei Bedingungen abhängt .

Erstens: Es gibt eine bestimmte Menge Methan am Himmel. Ende des letzten Jahrhunderts entdeckten westliche Wissenschaftler, dass Methan unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen zerfällt und Kohlenstoffatome freisetzt, die sich schließlich zu Diamanten zusammenlagern.

Von den vier Gasplaneten im Sonnensystem bestehen Uranus und Neptun nicht wie die Erde aus Gestein und Erde, sondern sind mit einer Atmosphäre aus Gasen wie Wasserstoff, Helium, Methan und Ethan bedeckt.

Wissenschaftler glaubten einst, dass die Bedingungen für Diamantregen über Methan vollständig erfüllt seien, da es etwa 15 % des gesamten Gases ausmacht. Der Methangehalt über Saturn und Jupiter ist sehr gering, weniger als 0,5 % des Gesamtgases, sodass es nicht zu Diamantregen kommt.

Eine aktuelle Studie eines US-Forscherteams kommt zu dem Schluss, dass es über Saturn und Jupiter nicht nur Diamanten regnet, sondern dass täglich etwa 1.000.000 kg Kohlenstoff in die Tiefen der Planeten fallen und sich dort in Diamanten verwandeln. Das entspricht dem 50-fachen des jährlichen Diamantenvorrats der Erde. Die größten dieser Diamant-„Regen“ haben einen Durchmesser von über 1 cm, ähnlich wie große Diamanten von etwa 15 Karat.

Zweitens müssen besondere Naturphänomene oder Bedingungen vorliegen , wie etwa starke Blitze, extrem hohe Temperaturen, extrem hoher Druck und eine extrem dichte Atmosphäre oder Erdmantel. Zusätzlich zu den zehn Blitzeinschlägen pro Sekunde, den Temperaturen von Tausenden von Grad Celsius und dem Druck von Millionen Pascal bietet die ultradichte Atmosphäre bzw. der Erdmantel hervorragende Bedingungen für die Umwandlung von Methan in Diamanten.

Nehmen Sie Saturn und Jupiter als Beispiel. Man geht davon aus, dass ihre Atmosphären Zehntausende Kilometer dick sind, während die Erdatmosphäre nur etwa 100 Kilometer dick ist. Ihr Durchmesser beträgt mehr als 120.000 Kilometer, also mehr als das Zehnfache des Erddurchmessers. Man kann sich also die Dicke ihres Mantels vorstellen. Nach einem starken Blitzeinschlag über Saturn und Jupiter sinkt Methan über 4.000 Kilometer in die Tiefe und verwandelt sich in Graphit. Graphit legt mehr als 6.000 Kilometer zurück, um die Oberfläche des Planeten zu erreichen, und verwandelt sich aufgrund des starken Drucks in Diamant. Diamanten legen mehr als 10.000 Kilometer des Mantels zurück, um den Kern des Sterns zu erreichen, wo sie aufgrund der extrem hohen Temperaturen flüssig werden und ein wahres „Diamantenmeer“ bilden.

Strukturdiagramm des Neptuns, von außen nach innen: obere Atmosphäre, untere Atmosphäre, Mantel und Kern. Siehe Wasserzeichen für die Quelle

02. Der unsichtbare Diamantregen!

Da es sich um den einzigen der Menschheit bekannten Himmelskörper handelt, der Leben hervorbringt und erhält, hat es auf der Erde nie Diamantregen gegeben und wird es auch nie geben.

Erstens beträgt der Methangehalt der Erde 0,0002 % des gesamten Gases. Selbst wenn man alles in Diamanten umwandelt, ist es nur ein Tausendstel der Diamantenzahl auf dem Saturn.

Zweitens reicht der atmosphärische Druck auf der Erde bei weitem nicht aus, um Methan in Diamanten umzuwandeln. Der für diesen Vorgang erforderliche Luftdruck reicht aus, um einen Berg zu Staub zu zermahlen, vom menschlichen Körper ganz zu schweigen.

Drittens: Selbst wenn wir einen Schritt zurückgehen und die Umwandlung von Methan in Diamanten über der Erde abschließen würden, würde die Erdoberfläche aufgrund der hohen Fallgeschwindigkeit und der scharfen Kanten unvorstellbare Schäden erleiden, und die Folgen wären unvorstellbar.

Simulierter Diamantregen, Quelle: Zhuyouhanxing-Blog

Diamanten regnen zwar nicht vom Himmel, aber ist es möglich, Diamanten in großen Mengen experimentell herzustellen, wie es das amerikanische wissenschaftliche Forschungsteam zuvor getan hat?

Die Antwort ist nein. Denn das Experiment erfordert nicht nur extrem teure und komplexe Geräte, auch der technische Aufwand zur Simulation der inneren Umgebung des Planeten ist extrem hoch. Die Schwierigkeiten liegen hauptsächlich in Blitzen, hohen Temperaturen, Druck und anderen Aspekten.

Die Intensität eines Blitzes ist ungewöhnlich. Der Wasserdampf in der Atmosphäre über einem Gasplaneten wird durch die Hitze im Inneren des Planeten beeinflusst und sammelt sich zu Gewitterwolken, die dann Blitze erzeugen.

Man schätzt, dass die Blitzintensität auf dem Jupiter 1.000 Mal höher ist als die Blitzintensität auf der Erde, und die Blitzfrequenz kann fast 10 Blitze pro Sekunde erreichen. Derzeit können Menschen nur Tests mit ultrastarken Blitzen in extrem kleinem Maßstab durchführen.

Heftige Blitze auf dem Jupiter, Quelle: NASA, von der Juno-Sonde

Der Temperaturbedarf zum Zersetzen von Stoffen ist recht hoch. Um Methan oder methanähnliche Gase (wie Polystyrol) zu zersetzen und das Kohlenstoffelement zu gewinnen, muss die Temperatur auf 5000 Grad Celsius erhöht werden. Wenn im Experiment diese Temperatur erreicht wird, kann nur eine sehr geringe Menge Methan zersetzt werden.

Der Druck ist lächerlich hoch. Das Experiment zur Umwandlung von Graphit in Diamant erfordert 1,5 Millionen Pascal. 1 Pa bezeichnet die Druckintensität, die entsteht, wenn auf eine Fläche von 1 Quadratmeter eine Kraft von 1 Newton gleichmäßig einwirkt. Claus, ein Mitglied des amerikanischen Forscherteams, das Diamantregen simuliert, sagt dazu: „Der Druck, der Graphit in Diamant verwandelt, entspricht dem Druck, der durch das Gewicht von etwa 250 afrikanischen Elefanten entsteht, konzentriert auf die Oberfläche eines Daumennagels. Dies könnte auch die Umgebung 10.000 Kilometer unter der Oberfläche von Gasplaneten wie Neptun sein.“

Daraus lässt sich ersehen, dass die Kosten und der Aufwand für die Gewinnung von Diamanten aus Methan oder methanähnlichen Gasen unvorstellbar sind. Einige Leute haben berechnet, dass die Gewinnung von 1 Karat Diamant aus Methan mindestens den Kauf von 1.000 Karat Diamanten kosten würde.

Auf Planeten wie Uranus gibt es keine Möglichkeit, Diamanten zu gewinnen, und auf der Erde ist kein Diamantenregen zu erwarten. Die Herstellung von Diamanten aus Methan lohnt den Aufwand nicht, daher kann das Thema Diamantenregen höchstens als Gesprächsthema nach dem Abendessen oder als Stoff für Science-Fiction-Romane dienen!

Quellen:

1. Artikel „Wissenschaftler haben erfolgreich einen Diamantenregen erzeugt“, „Zhangqiao Science and Technology“, 2017

2. Artikel „Oberflächenanalyse der acht Planeten im Sonnensystem“, Science and Life, Ausgabe 20, 2011

3. Artikel „Wissenschaftler spekulieren: Das Phänomen des „Diamantregens“ im Universum ist sehr verbreitet“, Shepherd Astronomy Forum 14.09.2022, Autor Xie Renjiang

ENDE

Autor: Wei Deyong, Mitglied der Shenzhen Writers Association, Guangdong

Gutachter: Lu Yangxiaoyi, PhD in Planetenphysik, Mitglied der Chinesischen Astronomischen Gesellschaft

Herausgeber: Guru