Che cos è un diamante

Cosa è un diamante?

Formula chimica: C (ma accetta quantità in tracce di N e B) Sistema Cristallino: Cubico (otticamente monorifrangente) Classe di simmetria: 4/m -3 2/m

Durezza: 10

Densità: 3,51-3,55 g/cm³ I.R^.: 2.418

Che cos’è un

diamante…

… E la sua origine in natura

Mantellica

• Mantello superiore

• Mantello inferiore

Meteoritica

• Da impatto

• Totalmente extraterrestre

Ma prima un po’

di

termodinamica!

Origine

mantellica

Mantello superiore: 35 – 660 km di profondità, diamanti più comuni Mantello inferiore: 660 – 2890 km di profondità, diamanti «super deep»

I camini

kimberlitici…

E lamproitici!

• Camini kimberlitici e lamproitici hanno forma molto simile

• Si compongono di tre parti principali: cratere, diatrema, porzione ipoabissale

• Possono essere singoli o fare parte di un sistema a grappolo

• I crateri possono avere

diametri differenti da qualche centinaio di metri fino a 2km circa

• Il camino può arrivare ad una profondità superiore a 2km

Il cratere

• Porzione apicale del camino

• Andamento degradante verso il centro, in cui può essere presente un lago

• Profondo qualche centinaio di metri

• Circondato da un tuff-ring “sub-collinare”, spesso eroso

• Cono vulcanico sostanzialmente assente, lati del cratere in piano campagna

Il Diatrema

• Forma “a carota”

• Zona di trasporto delle rocce del mantello

La porzione ipoabissale

• Zona basale del camino

• Zona di raccordo tra camino e dicco alimentatore

• Dal dicco alimentatore può partire un solo camino o un sistema a grappolo

Le xenoliti

• Le xenoliti sono rocce ultrabasiche di mantello che possono risalire inglobate in kimberliti e lamproiti.

• Le xenoliti che possono portare a giorno i

diamanti sono:

Peridotiti ed Eclogiti

• Importanza

fondamentale in

petrologia perché hanno permesso di capire la composizione del mantello

Le peridotiti

Sono le rocce più diffuse nel mantello e sono composte da olivine e pirosseni (Opx e Cpx). I minerali accessori sono minerali alluminiferi come spinelli (più superficiali) e granati (più profondi).

Le facies peridotitiche più «fertili» in termini di diamanti sono le

harzburgiti a granato e le lherzoliti a granato. Tra le due le lherzoliti sono le più comuni

Gibson et Al. (2013)

Ph. James St. Johns

Le eclogiti

Sono meno diffuse delle peridotiti e sono composte da due minerali principali, clinopirosseno e granato. Si tratta di rocce

metamorfiche che si formano durante eventi metamorfici regionali legati generalmente a zone di subduzione (T° superiori a 650C°, P superiori a 1,2 Gpa).

Le eclogiti sono circa solo l’1% delle rocce mantelliche. Le eclogiti associate ai diamanti sono le eclogiti

litosferiche e le eclogiti subdotte del gruppo A.

La kimberlite

Clement (1984): Rocce ignee ultrabasiche, potassiche, ricche in volatili che si rinvengono in camini (pipe), dicchi o sill. Hanno tessitura fortemente

disequigranulare risultante dalla presenza di macrocristalli immersi in una matrice a grana fine. La matrice contiene, come minerali primari, olivina e tutta una serie di minerali quali: flogopite, monticellite, carbonati, pirosseni, apatite, perovskite e ilmenite. I macrocristalli sono generalmente minerali

ferromagnesiaci, di origine mantellica con abito anedrale: olivina, flogopite, ilmenite, pirosseni, granati e spinelli. L’olivina è estremamente abbondante rispetto a tutte le altre fasi le quali non è indispensabile siano presenti.

Esistono 3 tipologie principali di kimberlite: Kimberliti SS; Kimberliti micacee e Kimberliti carbonatiche.

Sono stati proposti 5 sistemi di messa in posto delle kimberliti: modello Esplosivo, modello della Fluidizzazione, modello Idrovulcanico, modello A 4 stadi (2006), modello dell’Implosione del camino (2007)

Macrocristalli di olivina

Diopside Piropo

E questo???

La lamproite

In cosa differisce dalla kimberlite?

• È una roccia peralcalina e ultrapotassica

• Arricchita in titanio ed elementi incompatibili

• Ricca in minerali titaniferi (es. Ti-richtherite, Ti-flogopite) e magnesiaci (forsterite)

• Può assumere molti nomi in base alla mineralogia

• È la tipica roccia diamantifera dell’Australia

Flogopite

Macrocristalli di olivina

I diamanti del mantello

superiore

• I diamanti del mantello superiore cristallizzano tra i 150 e i 300km di profondità

• T° tra 900 e i 1500 C° / P tra 50 e i 60 kbar

• Le zone di mantello in cui si trovano più comunemente queste condizioni sono al di sotto delle placche

continentali (zone cratoniche)

• Trasportati attraverso camini kimberlitici o lamproitici, con una velocità di risalita di circa 70Km/h

• Veloce attraversamento delle porzioni in condizione di instabilità

I diamanti superdeep

• Si formano nelle porzioni sub-litosferiche del mantello

• Transition zone (410-660 km), mantello inferiore (>660 km)

• I moti convettivi nel mantello sia provvedono alla

circolazione dei fluidi necessari per la formazione dei diamanti, sia provvedono al trasporto in zone meno

profonde dove possono essere presi in carico dai magmi e trasportati attraverso i camini kimberlitici

Sono forse i diamanti più interessanti, per

due motivi completamente differenti…

Motivazioni…

Scientifiche!

Motivazioni…

Economiche!

Cosa ci dona il mantello profondo???

• Diamanti CLIPPIR (Cullinan-like, large, inclusion poor, pure, irregular in shape)

• Diamanti blu (per centro di colore dato dal B)

• Diamanti rosa e rossi (per distorsione del reticolo)

Cullinam diamond, 3106,75 ct. Photos by Jian Xin (Jae) Liao/GIA.

Moussaieff Red diamond all rights reserved

GHOST TRACK:

I diamanti UHP

• Sono stati ritrovati in zone non riconducibili ad ambienti diamantiferi.

• Prodotti da rocce prima subdotte sotto il campo di stabilità del diamante e poi velocemente riportate in superficie da eventi tettonici. (crosta metamorfosata, eclogiti tipo C)

• Trovati nei resti di antiche zone di collisione in cui si è verificata prima una subduzione oceanica e poi una subduzione di tipo Alpino.

• Rinvenimento in rocce crostali metamorfosate per alta pressione, come micro-inclusioni all’interno di minerali (in granato, cianite, zircone)

• Forme non convenzionali, geminati a stella, facce increspate, aggregati micro-cristallini

Origine

meteoritica

Diamanti

extraterrestri

• 1987 primi nano-diamanti rinvenuti in una collezione di meteoriti.

• 2008 primi macro diamanti con inclusioni rinvenuti in un meteorite nel Deserto della Nubia, Sudan.

Ma allora, da dove vengono i diamanti dello Spazio??

I nanodiamanti extraterrestri si ritiene abbiano una origine presolare, formatisi durante la nucleosintesi di Supernovae o Giganti. La struttura a tetraedri impilati in modo ordinato e compatto è preferita alla struttura a fogli della grafite in questi nano-minerali per effetto della tensione superficiale.¹

I macro diamanti extraterrestri, da recenti studi, si ritengono originati in protopianeti (delle dimensioni di Marte, circa). Hanno subito una origine simile a quella dei diamanti terrestri, ma a

temperature e, soprattutto, pressioni maggiori (20GPa). Le inclusioni nei diamanti di Almahata Sitta (Ureilite) hanno

permesso di risalire alla condizione acondritica del protopianeta.

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Photos: all rights reserved to the Authors

I diamanti da impatto

 I diamanti da impatto si sono formati in seguito all’impatto di meteoriti ricchi in C o su sedimenti ricchi in C.

 La pressione e la temperatura necessaria alla formazione sono date dall’energia dell’impatto.

 Possono avere dimensioni da nanometriche a centimetriche.

 Il giacimento diamantifero da impatto più importante ad oggi è quello di Popigai, in Siberia.

 Genesi simile hanno i diamanti da detonazione.

Da Reuters

Dove si trovano i diamanti?

Credits: GIA

I Diamanti sintetici

INTERNATIONAL GEMOLOGICAL INSTITUTE

I diamanti HPHT

 I diamanti HPHT sono diamanti sintetici cresciuti con alte temperature (HT) e alte pressioni (HP).

 Si utilizzano presse dette «BELT», cubiche o «BARS»

 Le pressioni possono essere tra i 50 e i 70 Kbar, le temperature si aggirano tra i 1400 e i 1600 °C.

 Inclusioni tipiche: residui di fondente o inclusioni metalliche opache disposte lungo i settori di crescita, parallele alle facce esterne o in modo casuale

 Zonature di fluorescenza

Natural Diamonds

Laboratory Grown Diamonds

BELT Press

La pressa BELT o A CINGHIA funziona in un modo molto semplice.

Due incudini, una superiore ed una inferiore,

imprimono una grossissima pressione al cilindro interno. Per evitare il collassamento della struttura un sistema di cinghie, o cinture, costringe il

materiale circondandolo. Nelle macchine moderne le cinghie in acciaio sono state sostituite con un sistema di pressione idraulico.

La PRESSA CUBICA è una tipologia di pressa più moderna di quella a cinghie. Basata su un sistema di incudini, esistono due tipologie di pressa: tetraedrica e cubica. La pressa cubica tetraedrica sfruttava 4 incudini che premevano sulle 4 facce di un tetraedro. In un secondo

momento si è passati a sistemi cubici, le 6 incudini permettevano una crescita più regolare spingendo sulle 6 facce del cubo.

Questo metodo è utilizzato per diamanti di dimensioni modeste, in quanto la grandezza è nemica della pressione

BARS Press

La MACCHINA BARS è la pressa per diamanti più moderna e compatta.

All’interno della pressa viene

posizionata una capsula cilindrica in

ceramica, contenente il materiale per la sintesi. La capsula è posizionata in un cubo in pirofillite, ottima per condurre la pressione. Il cubo poi è posto nel mezzo di 8 presse in acciaio. Dopo il montaggio, il tutto è bloccato in una

"botte" . La botte viene riempita di olio pressurizzata e mandata ad alta

temperatura.

I diamanti CVD

• Vengono sintetizzati mediante la deposizione di vapori di carbonio

• I diamanti CVD di qualità da taglio vengono sintetizzati solo dal 2005

• Al contrario dei HPHT questi non crescono come una forma del

cubo, ma come ripetizione di strati di accrescimento al di sopra di un cristallo seme.

• La forma è quindi tabulare più o meno spessa (è un elemento di discriminazione durante la valutazione)

• La fluorescenza è scarsa alla lampada UV ma intensa a Diamond View

• Presenta forti linee di geminazione

• Ha una birifrangenza anomala che può essere simile a quella dello spinello.

• Inclusioni simili a quelle del diamante HPHT

Le fornaci per deposizione di vapore carbonico sono una alternativa più

«compatta» ai macchinari per la produzione HPHT. Dapprima viene

posizionato il cristallo seme, una piastra in diamante naturale o sintetico, all’interno della fornace. Viene poi immessa nella camera di crescita un plasma (ovvero un gas ionizzato) ricco di carbonio,

solitamente anidride carbonica o gas metano. Il gas metano è il gas più

utilizzato. Le pressioni all’interno della macchina sono molto più basse rispetto all’HPHT (praticamente la metà) e le temperature sono attorno agli 800 °C. I vapori possono essere drogati che

possono cambiare il colore dei prodotti.

Le forme del diamante

• Il diamante, come abbiamo detto, rientra nel sistema cubico

• Può cristallizzare in tutte le forme del cubico

• In realtà vi sono 3 forme cristalline principali, frutto anche del rimaneggiamento del cristallo

roughdiamonds.dk

Le forme principali

L’ ottaedro, dato dalla

troncatura degli spigoli del cubo.

Forma più auspicabile, data da un lento processo di crescita. Le scanalature ai bordi sono segno di perturbazione nella crescita.

Possono avere trigoni

(triangolari, scanalati, esagonali)

Il rombododecaedro, con facce a losanga, si forma per un processo di crescita

terziario di un ottaedro. Ai 6 vertici

dell’ottaedro se ne aggiungono altri 8 sui piani di clivaggio.

Le forme principali

Il cubo è una forma a bassa pressione, la poco accurata formazione si può ben notare dalle sue facce butterate e granulose, a volte addirittura concave.

Altre forme degne di nota

Macles, geminazione di contatto o di

compenetrazione. In foto macles da emitropia, ma sono possibili anche forme a Megem David,

geminazione cubica, geminazione multipla ecc…

Boart (bort) diamond, caratterizzati da forma di cristallizzazione irregolare e molto arrotondata senza linee di sfaldatura.

I boart possono essere:

• Boart

• Shot boart, a forma sferica e struttura radiale

• Framesite, aggregato microcristallino di

diamanti del mantello superiore, vicino zona di instabilità

• Stewartite, come la framesite ma con magnetite

• Ballas, policristallino fibroso

Altre forme degne di nota

Il carbonado è un agglomerato di piccoli diamanti neri, la superficie ha un riflesso

metallico e un aspetto leggermente poroso.

Non presenta inclusioni tipiche del mantello e presenta valori isotopitici molto diversi da quelli dei diamanti mantellici. L’ipotesi più accreditata della sua formazione è

extraterrestre.

Il cubo ottaedro è la forma tipica del diamante sintetico HPHT, crescita contemporanea delle facce della forma cubica e dell’ottaedro. Alta temperatura e pressione al limite della stabilità

Perché

studiare le forme del diamante?

La forma di un diamante può dirci molto della sua storia. Può dirci sia come sia dove si è formato ed addirittura se la sua origine sia terrestre o meno. Questo a fini petrologici è molto importante, ma a fini economici?

Mail & Guardian

The Diamond Loupe

Yenkele

Perché

studiare le forme del diamante?

Sulla base della forma del diamante grezzo i sorter decideranno che fine farà quel grezzo, per agevolarsi in questa delicata cernita vi sono delle tabelle di

classificazione

Come si valuta un diamante

gemma

Il diamante è sicuramente la gemma più conosciuta ed apprezzata al mondo. Di diamante categoria gemme ne estrae solo 1gr per 10000kg di kimberlite, che diventano 100000000kg (100000 tons) per un solo carato di diamante D/IF. La gemmologia si è posta dei canoni entro cui valutare un diamante tagliato e vengono chiamate le 4C.

• Color

• Clarity

• Cut

• Carat

Color

Clarity

I trattamenti

Sono attuati per migliorare trasparenza ed il colore.

 Irraggiamento

 Trattamento con raggio laser

 Riempimento “Yehuda” e “XL-21”

 HTHP

Cut

Carat

• Il termine carato deriva dalla parola araba qīrāṭ (طاريق )che a sua volta deriva dal greco keration (κεράτιον) e significa letteralmente “piccolo corno”.

• Nel 1832 si decise, in Sud Africa, di porre fine a questa quantomeno imprecisa misurazione, pesando diversi semi di carruba si fece poi la media aritmetica di questi pesi e il risultato fu di 0,2 grammi.

• 1ct = 0,2gr

• Nel 1907 poi, alla quarta Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure di Parigi, si decise di rendere ufficiale tale peso

• Il sottomultiplo del carato è il punto, che corrisponde alla sua centesima parte, quindi una pietra pesante un carato sarà una pietra da cento punti.

Perché

studiare il colore del diamante?

Il colore del diamante ci da informazioni sulla tipologia di

diamante e conoscere la tipologia del diamante ci permette di risalire alla zona di estrazione e conseguentemente

all’ambiente di formazione!

Le tipologie di diamante:

Il diamante tipo I

Da: CISGEM

Le tipologie di diamante:

Il diamante tipo II

Da: CISGEM

Tutti i colori del diamante

Incolore: non è un colore vero e proprio, è ovviamente una totale assenza di colore, detto anche crystal, è la nuance più

comune in gioielleria. Tutti i tipi di diamante possono essere incolori.

Ph. Robert Weldon

Bianco: da non confondersi con il diamante incolore, questo è infatti un colore a sé. Il bianco nel diamante è dato da atomi di idrogeno entrati nel reticolo. Detti anche diamanti opalescenti.

Tutti i colori del diamante

Giallo: non tutti i diamanti gialli sono uguali, si va da una leggera sfumatura gialla ad un giallo molto intenso. Diamanti IaB e Ib sono i diamanti che più tipicamente si presentano di questo colore.

diamonds.net

Marrone: l’origine di questo colore non è univoca. Tale colorazione può essere

dovuta ai centri di colore nel diamante di tipo IaB e Ib (come il giallo). Mentre nel diamante di tipo IIa il colore viene dato da deformazioni plastiche del reticolo.

Tutti i colori del diamante

Rosa e Rosso: Solo i diamanti IIa possono assumere questa colorazione. Come per il marrone di tipo IIa anche i colori rosa e rosso possono essere dati da una deformazione plastica della struttura del diamante. Tra i colori più rari, nella

classifica dei diamanti venduti a prezzo più alto ad un’asta ben 5 sono diamanti rosa.

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Cosmopolitan Italia

Tutti i colori del diamante

Blu: Il colore blu è dato dal Boro nel reticolo. A volte può assumere una

sfumatura grigiastra. Tra tutti i diamanti questi sono gli unici con proprietà di conducibilità elettrica (gli altri possono essere semiconduttori in particolari

condizioni).

Violetto: colore estremamente raro, dato dalla contemporanea presenza di H interstiziale e di deformazione plastica del reticolo.

Ben Yagbes/Leibish & Co.

Tutti i colori del diamante

Verde: Questo colore, a differenza dei precedenti, per quanto raro è possibile in diamanti di tutte le tipologie. Diverse sono le cause:

1- Difettività di tipo GR1 dovuta allo scalzamento, per effetto di

«high energy radiation», di un

atomo di C che diventa interstiziale lasciando al suo posto una vacanza.

Questa difettività fa si che il diamante assorba le lunghezze d’onda del rosso.

2- Difettività H3, una coppia di N viene irradiata e mantenuta ad alte T°. Colore da «emissione», non da assorbimento.

3- H in struttura 4- Ni in struttura

Various GIA staff

Tutti i colori del diamante

Nero: Non è un vero e proprio colore del diamante. Non è infatti dovuto a nessun fattore intrinseco al minerale, ma piuttosto alla presenza di numerosissime inclusioni di grafite e ossidi metallici. Il gran numero di inclusioni rende il diamante più fragile.

Photos from DeBeers

Grazie a tutti per l’attenzione

Glück auf!