Elektronenmikroskopische Untersuchung der Chemie, der Struktur und des Realbaues von natürlichen dense hydrous minerals und von Phasen die in high density fluid- Einschlüssen in Diamanten kristallisierten

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Erich Brenker
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264128933

• Erstellungsjahr: 2020

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In der Suite der Diamanten mit einem super-tiefem Ursprung wurden gezielt milchige Diamanten ausgewählt um die Natur der Fluide im tiefem Erdmantel zu entschlüsseln. In diesen einzigartigen Proben wurden mittels transmissionselektronenmikroskopischer Untersuchungen zahlreiche Nanoeinschlüsse detektiert. Die oktaedrische Form der Nanoeinschlüsse unterstützt die Interpretation einer syngenetischen Bildung der Einschlüsse zusammen mit dem diese umgebenden Diamant. Die Nanoeinschlüsse sind das Abbild der negativen Kristallform des umgebenden Diamanten. Oktaeder sind hier die energetisch günstigste Form. Die Gesamtkonzentration an Stickstoff in den untersuchten Proben liegt weit unter der höchsten gemessenen Konzentration in natürlichen Diamanten (5000 ppm, Smart et al., 2011), was bedeutet, dass die untersuchten Diamanten nicht mit Stickstoff gesättigt sind. Eine Erklärung für die Bildung könnte sein, dass die Konzentration von NH 3 im Fluid so hoch war, dass NH3 direkt in Form von Nanoeinschlüssen in den Diamant eingebaut werden konnte. Ein alternativer Erklärungsansatz basiert auf einer epigenetischen Bildung. Nanoeinschlüsse und Voidites sind sehr ähnlich in Bezug auf das Auftreten von Stickstoff ihre äußere Erscheinung. Voidites entstehen vermutlich erst nach der Diamantbildung, wenn Platelets durch den Einfluss hoher Temperaturen zersetzt werden. Dieser Vorgang lässt auch den durch Platelets verursachten B´-Peak verschwinden. Nanoeinschlüsse können nach der Diamantbildung als Resultat der Platelet-Zersetzungen, aufgrund von Hochtemperaturepisoden oder längeren Verweilzeiten in geringeren Erdtiefen, entstanden sein und würden damit die letzte Phase der Stickstoffaggregation repräsentieren. Um sicher zwischen diesen beiden Entstehungsprozessen unterscheiden zu können, sind Folgeuntersuchungen hinsichtlich der Spurenelementverteilung in milchigen und transparenten Bereichen notwendig. Falls Nanoeinschlüsse durch die Zersetzung von Platelets entstehen, sollte sich die Spurenelement-verteilung und -konzentration der milchigen und transparenten Bereiche nicht unterscheiden. Falls Nanoeinschlüsse Wachstumszonen repräsentieren, die das ursprüngliche Fluid einschließen, enthalten milchige Bereiche höhere Konzentrationen an Elementen, die durch das Fluid bereitgestellt wurden. Die Anwesenheit von Stickstoff in Form von Nanoeinschlüssen ist zudem von großer Bedeutung hinsichtlich der allgemeinen Diamantklassifizierung, welches auf dem FTIR-nachweisbarem Stickstoffgehalt basiert. Unsere Ergebnisse stellen die Klassifizierung in Frage. Typ II Diamanten, die als weitgehend Stickstoff-frei gelten könnten Stickstoff in Form von IR-inaktiven Nanoeinschlüssen enthalten. Eine gezielte Untersuchung zum Stickstoff- Wasserstoffgehalt von Typ II Diamanten könnte diese Frage klären und gleichzeitig das Stickstoff-Enigma der super-tiefen Diamanten lösen, die bislang als Stickstofffrei gelten. Das Auftreten von Nanoeinschlüssen wurde in diesem Umfang nicht erwartet, war aber auch den zusätzlich durch Felix Kaminsky zur Verfügung gestellten einzigartigen Proben von milchigen Diamanten mit super-tiefem Ursprung geschuldet. Durch ihre immense Bedeutung wurde das Augenmerk verstärkt auf diese gelegt und das Projekt entfernte sich von der ursprünglichen Idee, die Mikro-Fluideinschlüsse zu charakterisieren.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2014) Nanoscopic X-ray Fluorescence Imaging of Meteoritic Particles and Diamond Inclusions" Analytical Chemistry, 86 (24), 12369–12374
  Laforce, B., Schmitz, S., Vekemans, B., Rudloff, J., Garrevoet, J., Tucoulou, R., Brenker, F.E. Martínez- Criado, G. and Vincze, L.
  
• (2016) Nitrogen nanoinclusions in milky diamonds from Juina area, Mato Grosso State, Brazil. Lithos 265, 57–67
  Rudloff-Grund, J., Brenker, F.E., Marquardt, K., Howell, D., Schreiber, A., Griffin, W.L., Kaminsky, F.V. and O'Reilly, S.Y.
  
• (2016) STEM EDX Nitrogen Mapping of Nanoinclusions in Milky Diamonds from Juina, Brazil, Using a Windowless Silicon Drift Detector System. Analytical Chemistry 88 (11), 5804–5808
  Rudloff-Grund, J., Brenker, F.E., Marquardt, J., Kaminsky, F.V. and Schreiber, A.
  
• (2017) Application towards confocal full-field microscopic X-ray absorption near edge structure spectroscopy, Analytical Chemistry 89, 2123–2130
  Tack, P., Vekemans, B., Laforce, B., Rudloff, J., Hernández, W.Y., Falkenberg, G., Brenker, F., Van Der Voort, P. and Vincze, L.