Diamanten zijn het hardste mineraal op aarde. „Briljant geslepen diamanten zien er bovendien schitterend uit. Dat komt door de manier waarop het licht wordt teruggekaatst. Ze worden daarom wel de edelstenen onder de edelstenen genoemd”, verklaart Zwaan, werkzaam bij het Nederlands Edelsteen Laboratorium van Naturalis. Dit laboratorium test diamanten op kwaliteit en echtheid.

Zwaan deed tijdens zijn studie geologie aan de VU Amsterdam onderzoek naar mineralen en edelstenen. „In Afrika en Brazilië onderzocht ik de vorming van smaragd. Edelstenen werden mijn specialisme.” Wat edelstenen zijn? Zwaan: „Dat betreft mineralen die mooi, duurzaam en zeldzaam zijn.”

Meer dan de helft van alle diamanten van edelsteenkwaliteit op aarde wordt in landen als Angola, Namibië, Botswana, Zimbabwe en Zuid-Afrika gevonden. Van de hier gedolven diamanten is 70 procent van industriekwaliteit. Ze bevatten veel verontreinigingen waardoor ze ongeschikt zijn om te slijpen. Maar 30 procent is dat wel.

Dat er in Afrika zo veel diamanten worden gedolven heeft met de tektonische opheffing van het zuidelijke deel van dit continent te maken. De rivieren in zuidelijk Afrika komen hierdoor allemaal uit in de Oranjerivier. Al het erosiemateriaal met diamanten wordt via deze rivier meegevoerd naar de monding voor de kust van Namibië.

„Hierdoor is er een grote concentratie van grindafzettingen voor de kust”, zegt Zwaan. „Vroeger raapten mensen hier letterlijk diamanten van het strand. Maar dat is later overgenomen door mijnmaatschappijen.”

Stofzuigers

De grindafzettingen voor de kust worden meter voor meter afgegraven. „Zo ontstaan er telkens dijkjes die steeds een stukje verder de zee in worden geduwd”, vertelt Zwaan, die het gebied bezocht. „De mijnwerkers werken hierdoor enkele meters onder zeeniveau. De zeebodem wordt droog gemaakt en het grind wordt met grote stofzuigers opgezogen. Vervolgens wordt het gesorteerd en gewassen.”

Om 1 gram diamanten te delven moet er 100.000 kilogram grind worden verwerkt. „Dat is hard werken”, aldus Zwaan. Maar daar staat tegenover dat 95 procent van de hier gevonden diamant uit edelsteenkwaliteit bestaat. „Een lucratieve zaak.”

„Mijnbouwers zijn alleen geïnteresseerd in diamant van edelsteenkwaliteit”, zegt Zwaan. „Omdat de industrie steeds meer gebruikmaakt van synthetische diamanten, is het winnen van natuurlijke diamanten van industriekwaliteit niet meer zo interessant.”

Synthetische diamanten worden gemaakt in fabrieken. Ze worden hoofdzakelijk gebruikt voor industriële toepassingen. Een klein deel wordt geslepen. „Door technische ontwikkelingen kunnen er steeds meer en kwalitatief ook steeds betere nepdiamanten worden gemaakt die nauwelijks van echt te onderscheiden zijn”, weet Zwaan.

Kanariegeel

Voorheen werden synthetische diamanten gemaakt met een mengsel van grafietpoeder en ijzer bij een temperatuur van 1500 graden. Onder een druk van 55.000 bar werden ze in een hogedrukvat uitgekristalliseerd. Als katalysator werd stikstof gebruikt. Zwaan: „Hierdoor zagen synthetische diamanten er vroeger kanariegeel uit en waren ze gemakkelijk van echte te onderscheiden.”

Tegenwoordig kunnen er ook kleurloze diamanten worden gemaakt. Dit kan ook met een andere techniek. „Hierbij worden plasma van methaan- en waterstofgas in een vacuüm bij elkaar gebracht. Het methaan wordt zo direct tot koolstof afgebroken, die als substraat neerslaat en meteen tot diamant uitkristalliseert.”

Door de hoge kwaliteit zijn deze synthetische diamanten met het blote oog niet van echte te onderscheiden; zeker niet als de gedolven diamant geen insluitsels en andere natuurlijke verontreinigingen of barstjes in zitten.

Uv-straling

De enige manier om dan synthetische van natuurlijke te onderscheiden te onderscheiden is door gebruik te maken van fluorescentietechnieken. Zwaan: „Met kortgolvige uv-straling kun je aan de kleur en de structuur zien of de diamant synthetisch of natuurlijk is. Natuurlijke diamanten zijn vaak fluorescerend blauw en laten een octaëdrische groeistructuur zien. Synthetische diamanten kleuren groen en vertonen een zandloperpatroon. Je moet wel een geoefend microscopist zijn om de structuren te kunnen zien. Met fluorescentie is het een stuk makkelijker te zien.”

De productie van nepdiamanten zou een aantal voordelen hebben. Het zou beter zijn voor het milieu en de uitbuiting van arme mensen in derdewereldlanden voorkomen. Nepdiamanten zouden daarom clean zijn en ook nog eens CO2-neutraal gemaakt worden.

Zwaan kan zich niet helemaal in deze argumentatie vinden. „Veel natuurlijke diamanten worden gewonnen in gebieden waar niet alleen maar arme mensen wonen. En waar dat wel het geval is, heeft het winnen van diamanten verbetering tot gevolg gehad. Botswana heeft heel veel verdiend aan de diamantindustrie. Zo veel dat kinderen tot 13 jaar gratis onderwijs krijgen. En voor het CO2-neutraal produceren van synthetisch diamanten heb ik nog nooit een onderbouwing gezien. Want de productie ervan kost behoorlijk wat energie.”

Of de synthetisch gefabriceerde diamanten de edelstenenmarkt zullen veroveren, is nog maar de vraag. „De meeste mensen met geld kopen toch liever echte diamanten”, denkt Zwaan. „De tijd zal leren hoe dit proces zich zal ontwikkelen.”

Over het onderscheiden van de steeds betere namaakdiamanten van echte heeft de conservator van het Nederlands Edelsteen Laboratorium de volgende theorie: „Het zou zomaar kunnen dat synthetische diamanten in de toekomst zo perfect worden gemaakt dat je ze juist door die perfectie heel makkelijk herkent.”

…

Uit de aarde opgediept

Diamant bestaat hoofdzakelijk uit het element koolstof. Net als grafiet, dat zwart is en afgeeft. Diamant is echter doorzichtig en keihard. Wat maakt nou het verschil? Want allebei bestaan uit koolstof. Zwaan: „Dat heeft te maken met de structuur. De koolstof in grafiet is opgebouwd uit laagjes. Tussen de laagjes bestaat een heel zwakke binding, die je gemakkelijk uit elkaar kunt wrijven. In diamant zit de koolstof veel dichter op elkaar. Door de driedimensionale opbouw zijn de koolstofatomen onderling zeer sterk verbonden.”

De vraag is hoe koolstof in diamant wordt. „Dat is alleen mogelijk als er voldoende druk op staat”, antwoordt Zwaan. Die druk wordt pas bereikt op een diepte van 140 kilometer in de bovenmantel. „Dat is onder de aardkorst. Die is maximaal 40 kilometer dik. En als er op grote diepte voldoende koolstof aanwezig is, kan er dus diamant worden gevormd.”

Op dieptes van 140 kilometer komen zogenaamde mantelpluimen omhoog. „Die zorgen voor hitteontwikkeling, waardoor het gesteente smelt en er magma ontstaat”, legt Zwaan uit. Het stollingsgesteente van dit magma heet kimberliet. „De hier gevormde diamanten zijn met dit magma in de loop van de geologische geschiedenis omhoog gebracht naar het aardoppervlak.”

Diamant lost overigens niet op in magma. „Als deze stenen niet omhoog waren gekomen zouden wij nooit geweten hebben dat er diamant bestaat”, meent Zwaan. De meeste diamanten hebben volgens wetenschappers heel lang in de mantel gezeten. Ze schatten hun ouderdom tussen de 1 miljard en de 3 miljard jaar. Een enkele diamant zou iets jonger zijn.

Ruwe diamanten bestaan niet alleen uit pure koolstof. Soms zitten er verontreinigingen in. „Insluitsels”, noemt Zwaan die liever. „Het zijn heel interessante dingen. Ze vertellen ons namelijk iets over de ontstaansgeschiedenis.”

In stenen zitten vaak stukjes van het mineraal olivijn opgesloten. Dat komt omdat het gesteente op 140 kilometer diepte voor 90 procent uit olivijn bestaat. Om de insluitsels zit een zwart randje. Dat geeft aan hoe snel de diamant omhoog is gekomen.

Zwaan legt uit dat bij het relatief snel opstijgen de omgevingsdruk steeds minder wordt. „Door die drukvermindering zet niet alleen de diamant uit, maar ook het olivijn dat erin opgesloten zit. Doordat olivijn sneller uitzet, ontstaan er kleine breukjes. In die breukjes vormt zich bij het omhoog komen grafiet.”

Soms zit er in geslepen diamanten een groot zwart insluitsel waardoor de steen onverkoopbaar is. „Maar daar heeft de diamantindustrie een oplossing voor bedacht”, zegt Zwaan. „Met behulp van een laser wordt er een minuscuul klein gaatje naar de insluiting geboord. Door dit gaatje gaat een agressief zuur om het zwarte insluitsel te bleken.”

Ook zitten er weleens zichtbare breuken in diamanten. „Daar wordt dan loodhoudend glas in gespoten dat nagenoeg dezelfde lichtbreking als diamant heeft, waardoor de breuk onzichtbaar is. Op deze manieren worden natuurlijke diamanten alsnog verkoopbaar gemaakt.”

…

Hoe oud zijn diamanten?

Redactie wetenschap

Over de leeftijd van diamanten is het laatste woord nog niet gezegd. De meeste geologen schatten hun ouderdom tussen de 1 miljard en de 3 miljard jaar. De verwachting is dan dat er zich in diamanten geen meetbare hoeveelheid van de koolstof-14-isotoop zou bevinden. Elke 5730 jaar verdwijnt de helft van het koolstof-14 uit dood organisch materiaal. Het wordt dan omgezet in stikstof-14. Het is gemakkelijk uit te rekenen dat er in organisch materiaal met een radiometrische leeftijd vanaf zo’n 100.000 jaar en ouder geen koolstof-14 meer kan worden aangetoond. Laat staan in diamanten van 1 miljard tot 3 miljard jaar oud.

Maar uit metingen met massaspectrometers volgt een heel ander resultaat. De Amerikaanse astrofysicus Larry Vardiman heeft met zijn team (binnen het zogeheten RATE-onderzoek) de koolstof-14-verhoudingen in twaalf diamanten uit vijf vindplaatsen gemeten. De gemiddelde verhouding tussen koolstof-14 en koolstof-12 was 0,09 procent, wat neerkomt op een radiometrische leeftijd van hoogstens 58.000 jaar. Pogingen van sceptische wetenschappers konden niet hard maken dat verontreinigingen in de diamant deze jonge leeftijd zouden veroorzaken.