Άνθρακες ο θησαυρός! - Του Κωνσταντίνου Δ. Καρπούζα, Καθηγητού Φυσικής-Χημείας [ΣΧΛ]

Κάποιοι θα γελάσουν με την άγνοιά σας ότι το διαμάντι είναι ακριβό υλικό ή θα προβληματιστούν μήπως έχετε πολλά διαμάντια και ένα ακόμη δεν σας λέει κάτι. Το πιθανότερο είναι βέβαια ότι γνωρίζετε πως το διαμάντι είναι πράγματι άνθρακας!

Πού σχηματίζονται τα διαμάντια και πότε;

Σχηματίζονται λοιπόν σε βάθος 120 ως 200 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια της Γης και οι γεωλόγοι μας λένε ότι τα παλαιότερα σχηματίστηκαν πριν 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια και τα νεότερα πριν 45 εκατομμύρια μόλις χρόνια.

Πού βρίσκεται ο άνθρακας;

Προέρχεται από την τήξη, το λιώσιμο των πετρωμάτων που υπάρχουν στον ανώτερο μανδύα του στερεού φλοιού της Γης. Εδώ υπάρχει αρκετός άνθρακας και όταν αλλάζει η θερμοκρασία, αυτός κινείται βαθύτερα όπου τήκεται και δημιουργείται νέο πέτρωμα, μόλις μειωθεί ξανά η θερμοκρασία. Πρέπει όμως η πίεση και οι συνθήκες να είναι κατάλληλες, ώστε τα άτομα του άνθρακα στο κρυσταλλικό πέτρωμα που λιώνει να ενωθούν για να δημιουργήσουν κρύσταλλο διαμαντιών.

Στην περίπτωση που αυξηθεί η θερμοκρασία ή η πίεση μειωθεί, οι κρύσταλλοι θα λιώσουν μερικώς ή και θα εξαφανιστούν. Μόλις σχηματιστούν τα διαμάντια χρειάζονται χιλιάδες χρόνια για να πλησιάσουν στην επιφάνεια της γης. Συνολικά από την αρχή ως το τέλος του φαινομένου της δημιουργίας τους, χρειάζονται εκατομμύρια χρόνια.

Από τον τόπο δημιουργίας τους τα διαμάντια έφθασαν στην επιφάνεια της Γης, με τη βοήθεια αρκετά σπάνιων μαγμάτων που δημιουργούνται σε μεγαλύτερα βάθη. Τα μάγματα αυτά ανέρχονται στην επιφάνεια με τη μορφή μικρών μεν, αλλά παροξυσμικών ηφαιστείων, τα οποία κατά τη διαδρομή τους συναντούν και μεταφέρουν διαμάντια και άλλα ορυκτά. Αυτού του είδους τα ηφαίστεια σχηματίζουν υπόγειους ηφαιστειακούς κώνους, τα πετρώματα των οποίων ονομάζονται κιμπερλίτες και φιλοξενούν τα διαμάντια. Το πέτρωμα αυτό ονομάστηκε κιμπερλίτης από την περιοχή Kimberley της Νότιας Αφρικής.

Στη συνέχεια όταν αναπτύχθηκε η επιστήμη της γεωλογίας και ο κλάδος της πετρολογίας, ανακαλύφθηκε πως τα διαμάντια εμφανίζονται στη μάζα συγκεκριμένων πυριγενών πετρωμάτων που οι πετρολόγοι τα ονομάζουν λαμπροφύρες. Καθώς τα διαμάντια έρχονται στην επιφάνεια της Γης, με την επιφανειακή διάβρωση μέσω των ποταμιών και των χειμάρρων, μπορούν να ταξιδέψουν πολλά χιλιόμετρα μακριά από την πηγή τους, στις κοίτες των ποταμιών, στα δέλτα, στα παράλια και σε πεδιάδες.

Ας δούμε τι είδους πετρώματα είναι οι λαμπροφύρες. Τα πετρώματα χωρίζονται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες.

Τα ιζηματογενή που χρειάζονται το υγρό στοιχείο για να δημιουργηθούν και σχηματίζονται μέσα από φυσικοχημικές διεργασίες στις θάλασσες, στους ωκεανούς και στις λίμνες.

Τα πυριγενή που χρειάζονται το πυρ, δηλαδή σχηματίζονται είτε από τη λάβα των ηφαιστείων (ηφαιστειακά) είτε στο εσωτερικό της, από το μάγμα δηλαδή, από το ρευστό υλικό υψηλής θερμοκρασίας που προέρχεται από τη μερική τήξη των πετρωμάτων του εσωτερικού του Γης. Τέτοια πετρώματα είπαμε ότι είναι οι λαμπροφύρες.

Και τέλος τα μεταμορφωμένα πετρώματα δημιουργούνται από τα πετρώματα των δύο προηγούμενων κατηγοριών. Το κάθε πέτρωμα έχει συγκεκριμένες συνθήκες πιέσεων και θερμοκρασιών που παραμένουν σταθερές. Εάν αυτές μεταβληθούν για κάποιο λόγο, τότε αλλάζει η δομή του και η ορυκτολογική του σύσταση. Αυτές οι αλλαγές ονομάζονται μεταμόρφωση των πετρωμάτων.

Τo διαμάντι αποτελεί μια ιδιαίτερη περίπτωση.

Έχει ξεχωριστή κρυσταλλοχημική δομή, ενώ η γέννησή του αποτελεί άλυτο μυστήριο ακόμα και τώρα που υπάρχει τόση πρόοδος και υψηλή τεχνολογία. Με την πάροδο του χρόνου κι όταν η μελέτη σπάνιων πετρωμάτων εμπλουτίστηκε, έφτασαν μηνύματα από όλον τον κόσμο, για μια καινούργια διαπίστωση. Τα διαμάντια δεν ήταν συστατικά των κιμπερλιτών ή των άλλων λαμπροφυρικών πετρωμάτων, αλλά ορυκτά συστατικά των ξενολίθων τους. Δηλαδή τα διαμάντια ανήκαν σε αυτά τα παρασυρμένα κατά την άνοδο πετρώματα που συναντούσε στο διάβα του το κιμπερλιτικό μάγμα.

Εφόσον αυτό το γεγονός έγινε αποδεκτό από την επιστημονική κοινότητα, ήλθε και μια πιο εξειδικευμένη πληροφορία. Μελέτες απέδειξαν ότι μόνο σε δύο συγκεκριμένα είδη πετρωμάτων, από τα πολλά που κουβαλάνε οι κιμπερλίτες απαντούν τα διαμάντια. Τα πετρώματα αυτά είναι οι χαρτσβουργίτες και οι εκλογίτες.

Κατά τα μέσα του 19ου αιώνα ανακαλύφθηκαν μεγάλα κοιτάσματα διαμαντιών στην Νότια Αφρική. Το πρώτο διαμάντι, 10,73 καρατίων που πήρε την ονομασία, Εύρηκα, ανακαλύφθηκε τυχαία το 1866 στις όχθες του ποταμού Οράγγη και το 1869 ανακαλύφθηκε ένα μεγάλο διαμάντι, το «άστρο της Νοτίου Αφρικής» 47,75 καρατίων, που έγινε η βασική αιτία η περιοχή να γεμίσει από "κυνηγούς" διαμαντιών.

Το μεγαλύτερο διαμάντι που είναι γνωστό μέχρι και σήμερα είναι το Κάλιναν (Cullinan) που βρέθηκε το 1905 κοντά στην Πρετόρια της νότιας Αφρικής) και ζύγιζε πριν την κατεργασία του 3.106 καράτια (=621,350 γραμμάρια).

Η οργάνωση της παραγωγής και η χρήση νέων και σύγχρονων μεθόδων άρχισε μετά το 1871, όταν βρέθηκαν κοιτάσματα στην περιοχή Κίμπερλι (Kimberley) και τότε εμφανίστηκε η πρώτη εταιρεία εξόρυξης διαμαντιών. Το 2008 ανακαλύφθηκε στο Λεσότο ένα διαμάντι 478 καρατίων, που αποτελεί και ένα από τα μεγαλύτερα στον κόσμο .

Κοιτάσματα

Τα κοιτάσματα διαμαντιών διακρίνονται σε πρωτογενή και δευτερογενή. Στα πρωτογενή κοιτάσματα το διαμάντι είναι διάσπαρτο μέσα σε φλέβες ή επίγειες φυσικές σωληνώσεις που είναι γεμάτες από πυριγενές πέτρωμα με την ονομασία κιμπερλίτης.

Τα δευτερογενή κοιτάσματα προέρχονται από την αποσάθρωση των πρωτογενών και τη μεταφορά των υλικών της αποσάθρωσης. Θεωρείται ότι τα διαμάντια σχηματίστηκαν σε βάθος μεγαλύτερο από 100 χιλιόμετρα κάτω από τη Γη και είναι προϊόν κρυστάλλωσης ενός μάγματος κιμπερλιτικής σύστασης. Μέσα στις φλέβες τα διαμάντια βρίσκονται διάσπαρτα σε θραύσματα, μικρά ή μεγάλα. Χώρες παραγωγής διαμαντιών είναι η Ρωσία η Κίνα η Ινδία η Βραζιλία και άλλες.

Ιδιότητες

Στη φυσική τους κατάσταση τα διαμάντια είναι διαφανή, ημιδιαφανή ακόμα και αδιαφανή. Οι χρωματισμοί ποικίλουν όπως άχρωμα, γκρίζα, μπλε, κόκκινα, κίτρινα, πράσινα ή και μαύρα. Στα κοσμήματα τα συναντούμε διαφανή και άχρωμα. Ακτινοβολώντας το διαμάντι μπορούμε να αλλάξουμε το χρώμα του. Πολλές φορές οι κρύσταλλοι του διαμαντιού περιέχουν και άλλα ορυκτά, όπως γραφίτη, ζιρκόνια, αιματίτη κ.α.

Το διαμάντι παρουσιάζει και διάφορες ωραίες αναλαμπές στις οποίες οφείλεται και ο χαρακτηρισμός του σαν πολύτιμος λίθος, αλλά το ακατέργαστο διαμάντι δεν εμφανίζει ούτε λάμψη ούτε κανένα από τα γνωστά του χαρακτηριστικά, τα οποία αποκτά με την επεξεργασία. Όταν δεν υπάρχουν προσμείξεις αυτό αποκτά μεγαλύτερη αξία.

Οι κρύσταλλοί του ανήκουν στο κυβικό σύστημα. Έχει σκληρότητα 10 στην κλίμακα Mohs. Αν και είναι το σκληρότερο ορυκτό που υπάρχει, το διαμάντι είναι εύθραυστο, όπως όλα τα σκληρά υλικά. Αν ένα μεγάλο σχετικά διαμάντι πέσει επάνω σε μια σκληρή επιφάνεια, μπορεί να σπάσει σε μικρότερα κομμάτια. Είναι αδιάλυτο σε διάφορα οξέα, προσβάλλεται όμως από μίγμα θειικού οξέος και διχρωμικού καλίου και σε μεγάλη θερμοκρασία παίρνει φωτιά και καίγεται ως καθαρός άνθρακας που είναι, χωρίς να αφήνει στάχτη.

Χρήσεις

Δεν χρησιμοποιούνται όλα τα διαμάντια ως κοσμήματα. Λέγεται ότι μόλις το ένα τέταρτο των διαμαντιών που βγάζουμε από τη Γη γίνονται κοσμήματα. Οι 100 τόνοι της λάσπης δίνουν 1 καράτι διαμαντιού. Τα καθαρά, ημιδιαφανή ή διαφανή διαμάντια χρησιμοποιούνται στην κατασκευή κοσμημάτων, για την κατασκευή εργαλείων κοπής και λείανσης άλλων σκληρών υλικών (τα αδαμαντοτρύπανα και τα εργαλεία κοπής υαλοπινάκων κοινώς τζαμοκόφτες). Ορισμένοι τύποι διαμαντιών έχουν χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ειδικών οπτικών οργάνων, λόγω της υψηλής ανακλαστικότητας.

Διάσημα διαμάντια

1) Cullinan. Το μεγαλύτερο διαμάντι που έχει βρεθεί ποτέ. Ακατέργαστο ζύγιζε 3.106 καράτια. Βρέθηκε το 1905 στη νότια Αφρική και πήρε το όνομα του από τον ιδιοκτήτη του ορυχείου όπου βρέθηκε. Το δώρισαν στον βασιλιά της Αγγλίας Εδουάρδο τον VII, για τα γενέθλιά του το 1907. Κόπηκε σε πολλά μεγάλα και εντυπωσιακά μπριγιάν και το μεγαλύτερο επεξεργασμένο διαμάντι που υπάρχει και στολίζει την κορυφή του Αγγλικού στέμματος.

2) Excelsior. Βρέθηκε το 1893, στα ορυχεία της De Beers στη νότια Αφρική.

3) Ορλώφ. Ζύγιζε 193 καράτια και βρισκόταν στο σκήπτρο του τσάρου της Ρωσίας.

4) Το Darya-i-Nur το οποίο βρισκόταν στο στέμμα του σάχη της Περσίας.

Συνθετικά διαμάντια

Τα συνθετικά είναι διαμάντια όμοια με τα φυσικά ως προς την σύστασή τους, που όμως δεν παράγονται στη φύση αλλά στο εργαστήριο. Δύσκολα ακόμα και ο ειδικός μπορεί να τα ξεχωρίσει από τα φυσικά.

Ποιότητα διαμαντιών

Το διαμάντι είναι πολύτιμος λίθος γιατί είναι σπάνιο, όμορφο ανθεκτικό και έχει μεγάλη εμπορική αξία που καθορίζεται από τα γνωστά 4C που είναι Carat= Καράτι Clarity= Καθαρότητα Color= Χρώμα Cut= Κοπή

• Καράτι. Είναι η μονάδα μέτρησης βάρους ενός διαμαντιού που καθορίστηκε το 1913 στις ΗΠΑ και έγινε μετά διεθνής. Το ένα καράτι ισούται με 0,2 γραμμάρια. Ένα διαμάντι δηλαδή βάρους 5 καρατίων ισοδυναμεί με ένα γραμμάριο.

• Καθαρότητα. Η καθαρότητα ενός διαμαντιού δείχνει την ύπαρξη ή την απουσία, έγκλειστων στην πέτρα, ή και εξωτερικών, ψεγαδιών. Τα περισσότερα διαμάντια περιέχουν ελάχιστα εξωτερικά ψεγάδια ή έγκλειστα, γνωστά στην κοσμηματοποιΐα και ως “σημάδια εκ γενετής”, ξένα σώματα, τα οποία προέκυψαν κατά τη μακρόχρονη διαδικασία σχηματισμού ενός διαμαντιού κάτω από συνθήκες υπερβολικά υψηλής θερμοκρασίας και τρομερά ισχυρών πιέσεων στα έγκατα της γης.

• Χρώμα (Color). Τα διαμάντια αξιολογούνται χρωματικά σύμφωνα με το    πόσο περισσότερο άχρωμα είναι. Με εξαίρεση τα χρωματιστά διαμάντια, τα περισσότερα διαμάντια που απαντώνται στη φύση έχουν λιγότερο ή περισσότερο ίχνη κίτρινου ή καφέ χρώματος.

• Κοπή (Cut). Η ακρίβεια των 58 εδρών της κοπής ενός διαμαντιού επηρεάζει σε υπερθετικό βαθμό την τελική εμφάνισή του. Οι κύριοι παράγοντες της κοπής είναι τρεις: η λαμπρότητα (η συνολική ποσότητα του φωτός που ανακλάται από το διαμάντι), ο διασκεδασμός (η ανάλυση του λευκού φωτός στα χρώματα της ίριδας) και το “σπιθοβόλημα” (οι ζωηρές μικρές ανακλάσεις που παρατηρούνται κατά την κίνηση του διαμαντιού). Το στρογγυλό σχήμα είναι αυτό πού επικρατεί περισσότερο, χωρίς να λείπουν σχήματα με τη μορφή της καρδιάς του τριγώνου του αχλαδιού κ.ά.

Την επόμενη φορά λοιπόν που θα ξανακούσουμε την έκφραση, «άνθρακες ο θησαυρός», ας φέρουμε στο μυαλό μας, την μεγάλη ιστορία και την αξία του διαμαντιού!

ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Δ. ΚΑΡΠΟΥΖΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ - ΧΗΜΕΙΑΣ