- Im Inneren der Eisriesen Uranus und Neptun können Diamanten entstehen, die Richtung Planetenkern regnen. Das belegt nun ein Experiment.
- Demnach bilden die Diamanten dort langsam eine dicke Schicht.
- Dieser Mechanismus lässt sich auf der Erde zur Herstellung von Minidiamanten nutzen.
Eine Gruppe unter Leitung eines Dresdner Forschers hat winzige Diamanten aus Kunststoff erzeugt. Mit einem starken Laser wurde das Material dafür sehr kurz auf mehrere Tausend Grad erhitzt, wodurch sich der Kohlenstoff von anderen Atomen trennte und Minidiamanten bildete, wie das Team um Dominik Kraus vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf im Fachjournal "Science Advances" berichtet.
Das Experiment belege, dass im Inneren der Planeten Uranus und Neptun Diamanten entstehen könnten, die zum Planetenkern hinabregnen. Zudem könnte ihr Verfahren zur industriellen Herstellung von Nanodiamanten genutzt werden.
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Steigt die Laserleistung, werden Diamanten größer
Kraus und Kollegen nutzten als Ausgangsmaterial einen Kunststoff, der überall zu finden ist: Polyethylenterephthalat, kurz PET, häufig verwendet für Plastikflaschen. PET hat Vorteile gegenüber Polystyrol (bekannt als Styropor), mit dem die Gruppe frühere Experimente durchgeführt hatte.
Denn PET enthält neben Kohlenstoff und Wasserstoff auch Sauerstoff. "Die Wirkung des Sauerstoffs bestand darin, die Spaltung von Kohlenstoff und Wasserstoff zu beschleunigen und so die Bildung von Nanodiamanten zu fördern", erklärt Kraus.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler führten ihre Versuche am SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park (Kalifornien, USA) durch, weil dort leistungsstarke Röntgenlaser zur Verfügung stehen. Sie nutzten zwei Methoden, um das Geschehen zu beobachten: die Röntgenbeugung und die Röntgenkleinwinkelstreuung.
Mit diesen Verfahren konnten sie nachweisen, dass beim Erhitzen und Verdichten von PET mittels Laser Diamanten in der Größe von Nanometern (millionstel Millimetern) entstehen. Wenn die Laserleistung stieg, wurden auch die Diamanten größer, allerdings nur bis zum Schmelzpunkt von Diamanten, der wegen des hohen Drucks bei mehr als 6.000 Grad liegt.
Diamanten auf Uranus und Neptun könnten mehrere Millionen von Karat schwer sein
Die Planeten Uranus und Neptun bestehen zu großen Teilen aus Methan, Wasser und Ammoniak, die eine sehr dichte Flüssigkeit bilden. Dass der errechnete Druck im Inneren der Planeten ausreicht, um Diamanten zu bilden, konnte mit den Laserexperimenten gezeigt werden.
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Die Forscher sagen voraus, dass die Diamanten auf Neptun und Uranus viel größer werden als die bei ihren Experimenten erzeugten - vielleicht Millionen von Karat schwer. Im Laufe von Jahrtausenden könnten sie langsam durch die Eisschichten der Planeten sinken und sich zu einer dicken Schicht um den festen Planetenkern zusammensetzen.
Das Team fand zudem Hinweise darauf, dass auch sogenanntes superionisches Wasser entstehen könnte. "Die Sauerstoffatome bilden ein Kristallgitter, in dem sich die Wasserstoffkerne frei bewegen können", erklärt Kraus diese Form des Wassers, die elektrisch leitend ist. Da diese frei schwebenden Kerne elektrisch geladen sind, kann superionisches Wasser elektrischen Strom leiten und könnte die ungewöhnlichen Magnetfelder auf Uranus und Neptun erklären.
Nanodiamanten könnten zukünftig viel sauberer produziert werden
Die Versuche könnten den Weg zur zielgenauen Herstellung von Nanodiamanten ebnen, so die Forscher weiter. "Bisher werden solche Diamanten hauptsächlich durch Sprengung hergestellt", erklärt Kraus. Mit Hilfe von Laserblitzen könnten sie in Zukunft viel sauberer produziert werden. Während die Forscher beim Polystyrol noch zwei Laserschockwellen benötigten, genügt beim PET eine.
Nanodiamanten werden heute hauptsächlich in Schleif- und Poliermitteln verwendet, doch ihre Verwendung in Wissenschaft, Medizin und Elektronik nimmt zu. Künftig könnten sie möglicherweise als hochempfindliche Quantensensoren und effiziente Reaktionsbeschleuniger, etwa zur Spaltung des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2), dienen. (ff/dpa)