Mineral entpuppt sich als verformter Diamant

Diamant mit vielen Fehlern: 50 Jahre lang gab das Mineral Lonsdaleit Geologen Rätsel auf – jetzt wurde sein Geheimnis gelüftet. Denn das bei Meteoriteneinschlägen entstehende Mineral ist in Wirklichkeit ein stark verformter Diamant, wie ein internationales Forscherteam in „Nature Communications“ berichtet. Die enormen Schockwellen beim Impakt erzeugen Fehler im Diamantgitter, die die ungewöhnlichen Eigenschaften des Minerals hervorrufen.

Vor rund 50.000 Jahren schlug der rund 30 Meter große Meteorit Canyon Diablo in der Wüste von Arizona ein. Der Impakt hinterließ einen rund einen Kilometer großen Krater, Trümmer und geschmolzenes Gestein. Als Forscher vor rund 50 Jahren dieses Gesteins untersuchten, stießen sie auf ein ihnen unbekanntes Kohlenstoff-Mineral. Anhand von Röntgenkristallografischen Untersuchungen schloss man auf eine hexagonale Struktur in einer Form, wie sie bei keinem anderen Mineral existierte. Man taufte es daher Lonsdaleit nach der irischen Kristallografin Kathleen Lonsdale.

Härter als Diamant

Seither gilt dieses Mineral als typischer Anzeiger für vergangene Meteoriteneinschläge. Außerdem zeigten Untersuchungen, dass das Lonsdaleit überragende mechanische Eigenschaften besaß – es war sogar härter als Diamant. Doch Versuche, dieses Mineral aus Meteoritengestein zu isolieren oder es im Labor künstlich zu erzeugen, schlugen allesamt fehl. Das rätselhafte Mineral galt daher als begehrenswert, aber extrem selten.

Péter Németh von der ungarischen Akademie der Wissenschaften in Budapest und seine Kollegen haben nun einige der wenigen existierenden Proben von Lonsdaleit mit Hilfe eines Rastertransmissions-Elektronenmikroskops (RTEM) genauer analysiert. Zudem unterzogen sie andere Kohlenstoff-Formen, darunter auch Diamant, den extremen Drücken und Temperaturen, wie sie beim Einschlag eines Meteoriten herrschen.

Kristallstruktur von Diamant und Lonsdaleit © Péter Németh

Diamant statt neues Mineral

Das Ergebnis war überraschend: Bei genauer Analyse ähnelte die Kristallstruktur von Lonsdaleit dem eines stark verformten Diamanten. Unzählige Defekte und sogenannte Kristallstapelfehler hatten das normalerweise kubische Kristallgitter des Diamanten so deformiert, dass es nun eher einer hexagonalen Struktur glich. „Defekte sind dabei mit der normalen Diamantstruktur vermischt, als wenn bei einer Ziegelmauer immer wieder eine Reihe verschoben ist und einzelne Ziegel gegen längere oder halbe ausgetauscht wurden“, erklärt Koautor Peter Buseck von der Arizona State University.

Das aber bedeutet: Das rätselhafte Mineral Lonsdaleit ist in Wirklichkeit nichts anderes als Diamant. Die gewaltigen Kräfte beim Meteoriteneinschlag haben Kohlenstoff enorm komprimiert und so Diamant entstehen lassen, gleichzeitig aber sorgten die Schockwellen des Einschlags für die Defekte, die die seltsam deformierte Struktur des Lonsdaleits erzeugten. Für die Materialforschung ist sogar eine gute Nachricht: Es bedeutet, dass diese enorm harte und widerstandsfähige Diamantvariante künstlich erzeugt werden kann, indem man normalen Diamanten Schockwellen aussetzt. (Nature Communications, 2014; doi: 10.1038/ncomms6447)

(Arizona State University, 25.11.2014 – NPO)