Laboratorio del dipartimento di Geoscienze dell'università di Padova

È il più grande diamante mai ritrovato in una meteorite, delle dimensioni di un decimo di millimetro. E come se questo già non bastasse, va aggiunto che, per la prima volta insieme a diamanti “grandi” di questo tipo, sono stati individuati diamanti nanometrici (un diamante di un decimo di millimetro è circa 100.000 volte più grande di un diamante di 1 nanometro), grafite nanometrica, leghe ferro-nickel, carburi di ferro e fosforo. Associazione, questa, che permette di avvalorare l’origine “da shock” dei diamanti extraterrestri.

A fare la scoperta è stato un gruppo di ricerca internazionale coordinato da Fabrizio Nestola del dipartimento di Geoscienze dell’università di Padova e da Maria Chiara Domeneghetti del dipartimento di Scienze della Terra e dell’ambiente dell’università di Pavia, in collaborazione con Cyrena Goodrich del Lunar and Planetary Institute di Houston, con Frank E. Brenker  dell’università di Francoforte, con Annamaria Fioretti dell’Istituto di Geoscienze e georisorse del Consiglio nazionale delle ricerche e con Konstantin Litasov  del Vereshchagin Institute for High Pressure Physics di Mosca. Lo studio, dal titolo Impact shock origin of diamonds in ureilite meteorites, è stato pubblicato su Pnas.  

Gli scienziati hanno esaminato tre frammenti di speciali meteoriti contenenti diamanti (dette ureiliti), di cui uno proveniente dalla meteorite denominata NWA 7983 e due dalla cosiddetta Almahata Sitta. Quest’ultima, in particolare, era già stata studiata in precedenza, tra il 2015 e il 2018, da un gruppo di scienziati che al suo interno aveva rinvenuto “grandi” diamanti extraterrestri della dimensione di circa 0.04 millimetri. Proprio questi ritrovamenti hanno fatto discutere sulla loro possibile formazione. Allora i ricercatori avevano ipotizzato, infatti, che diamanti di simili dimensioni potessero essersi formati direttamente nelle profondità di un pianeta della grandezza di Marte o Mercurio e con meccanismi simili a quelli con cui si formano all’interno della Terra. Il pianeta all’interno del quale si sarebbero formati tali diamanti, sarebbe poi andato distrutto. Una seconda ipotesi propone, invece, la trasformazione della grafite in diamante per effetto di un grande impatto da shock subito dai corpi planetari genitori delle meteoriti piovute sulla Terra: l’ammasso stellare, con la grafite al suo interno, avrebbe subito un grande urto e generato direttamente il diamante a causa del forte aumento di pressione e temperatura. Gli scontri spaziali dell’asteroide genitore nel sistema solare iniziale avrebbe generato i diamanti con la trasformazione della grafite.

In questo dibattito si inserisce la ricerca coordinata da Nestola che, ora, consente di confermare questa seconda ipotesi. Secondo il gruppo di ricerca internazionale, infatti, sia i diamanti più grandi che quelli nanometrici si sarebbero formati dalla trasformazione diretta della grafite dovuta a uno o diversi impatti nello spazio. Un ruolo fondamentale, in questo processo, assume il ferro metallico. Gli autori spiegano, infatti, che in laboratorio è possibile sintetizzare diamante direttamente da grafite e la sintesi risulta più veloce se viene aggiunto anche ferro metallico che funge da vero e proprio catalizzatore. O, per dirla altrimenti, da “lievito istantaneo”.

Microfotografia della meteorite denominata NWA 7983 che mostra aree costituite da diamante e grafite (aree scure), aree costituite da minerali silicatici a magnesio-ferro-calcio (foto: Oliver Christ) e aree costituite da ferro metallico (aree molto chiare

Secondo gli scienziati, proprio la presenza di questo materiale all’interno delle associazioni a carbonio (la grafite è la comune forma a bassa pressione del carbonio puro) ha aiutato a “far crescere” il diamante fino alle dimensioni di almeno 0.1 mm. Si ipotizza inoltre che il corpo planetario, genitore delle meteoriti studiate, possa aver subito un impatto piuttosto lungo, di almeno 4-5 secondi, una circostanza questa che avrebbe aiutato il diamante a crescere a pressioni relativamente basse.  Questo periodo di tempo sarebbe sufficiente per la formazione di diamanti di dimensioni micrometriche grazie all’effetto catalizzatore del metallo. Il fatto che il ferro metallico sia onnipresente e associato alle fasi di carbonio nelle ureiliti spiega dunque la formazione di grandi diamanti dalla grafite originale a causa di uno shock. Escludendo, in questo modo secondo gli autori, l’ipotesi di un corpo genitore delle dimensioni di Marte o Mercurio.

Un altro traguardo importante quello raggiunto dal team coordinato da Fabrizio Nestola, che da anni ormai si dedica a questo filone di ricerca. Con risultati che, in più di un’occasione, si sono guadagnati le copertine di riviste scientifiche internazionali. Nel 2018 era il caso di Nature, con le indagini sui diamanti super-profondi blu che devono il loro colore alla presenza di boro, secondo gli scienziati proveniente da antichi oceani superficiali; nel 2016 era la volta di Science e di una nuova categoria di diamanti super profondi e super giganti (detti Clippir). Qualche anno prima, nel 2014, un’altra pubblicazione importante, su Nature, riferiva di un frammento di ringwoodite rinvenuto all’interno di un diamante super profondo proveniente dal Brasile, che mostrava un significativo contenuto di acqua e faceva supporre che la quantità di acqua presente all’interno del nostro pianeta fosse tre, quattro volte superiore a quanto si era ritenuto fino a quel momento. E, ora, sempre grazie ai diamanti, viene aggiunto un altro tassello di rilievo alle nostre conoscenze.