Suzette Timmerman: „Samen met drie collega’s bekeek ik eerst 332.000 ruwe diamanten onder de microscoop.”

Foto Roger Cremers

‘Diamanten zijn echte tijdscapsules’

Geoloog Suzette Timmerman Aan de hand van 24 Braziliaanse diamanten deed Suzette Timmerman een ontdekking over het ontstaan van de aarde.

„Diamanten vertellen een verhaal. De meeste mensen beseffen dat niet. De steen aan hun vingers is misschien wel miljarden jaren oud”, zegt de 28-jarige geoloog Suzette Timmerman. Ze doet onderzoek aan diamanten en hun inhoud, om zo meer te weten te komen over de evolutie van de aarde.

Als een diamant zich vormt, diep onder de grond, kunnen er kleine beetjes van andere mineralen ingesloten raken, of microscopisch kleine druppels vloeistof. Insluitsels noemen geologen dat. Ze verraden bijvoorbeeld wanneer een diamant is gevormd, op welke diepte. Of hoe de aardmantel er ter plekke ooit heeft uitgezien. Zo onderzocht Timmerman met collega’s de insluitsels in 24 Braziliaanse diamanten. Ze wisten daaruit af te leiden dat al heel snel na het ontstaan van de aarde, diep in de aardmantel een reservoir moet zijn ontstaan dat rijk is aan helium-3 en waaruit vulkanische eilanden zoals Hawaï en IJsland zijn gevormd. Het onderzoek verscheen ruim een week geleden in Science, met Timmerman als eerste auteur.

„Ook in kwarts en in ander gesteente vind je vloeistofinsluitsels. Maar chemische elementen daarin kunnen uitwisselen met die in het kwarts zelf, of met mineralen daarbuiten. Bij diamanten gaat dit zo langzaam, dat het niet relevant is. Dat maakt ze uniek. Het zijn echte tijdscapsules”, zegt Timmerman in een café op station Amsterdam Centraal. Ze was de afgelopen week bij haar ouders en haar zus in Zaandam. Over een paar dagen vertrekt ze als postdoc naar de universiteit van Alberta in Canada, waar ze een prestigieuze beurs heeft gekregen.

Onder welke omstandigheden vormt diamant zich?

„Als je afdaalt in de aarde, nemen temperatuur en druk toe. Je hebt een speciale combinatie van die twee nodig. Het moet relatief koud zijn voor de diepte. Dat is vaak het geval in, wat wij noemen, de kratonische lithosfeer. Die bestaat uit een heel oud stuk aardkorst, een kraton, die miljarden jaren oud kan zijn. En daaronder zit een stuk lichte aardmantel waaruit een deel van het ijzer, uranium en thorium verloren zijn gegaan. Vooral op een diepte tussen 150 en 230 kilometer kunnen de omstandigheden gunstig zijn voor de vorming van diamant. Koolstof slaat dan neer en vormt een specifiek kristalrooster.”

Als je afdaalt in de aarde, nemen temperatuur en druk toe

 

Hoe koud is het daar dan?

„Tot zo’n 1.350 graden.”

Terwijl het normaal…

„Meestal is het op die diepte tussen de 1.500 en 1.600 graden. Het kan trouwens ook dieper gebeuren. Die Braziliaanse diamanten die we hebben onderzocht zijn op een diepte tussen 410 en 660 kilometer gevormd.”

En hoe komen diamanten vervolgens aan het aardoppervlak, zodat ze gemijnd kunnen worden?

„Vaak gebeurt dat via zogeheten kimberlite pipes. Dat zijn zeldzame, pijpvormige structuren die ontstaan als gevolg van heel diepe vulkanische uitbarstingen. Het magma is van een typisch gesteente, kimberliet. Het is heel dun, want het is rijk aan water en CO2. Het stijgt daardoor heel snel op. Het legt die circa 200 kilometer naar het oppervlak in een paar uur tot een paar dagen af. Moet je je voorstellen. Dat is bijna net zo snel als een auto! Diamant heeft niet de tijd zich aan de nieuwe druk en temperatuur aan te passen en blijft diamant. Zo’n pijp is best wel explosief. Een deel van het magma wordt in fragmenten de lucht in geblazen en valt weer neer. Een deel blijft boven in de pijp.”

Moet je je voorstellen. Dat is bijna net zo snel als een auto!

 

Wat onderzocht je aan diamanten?

„Tijdens mijn master aan de Vrije Universiteit heb ik vooral de ouderdom van diamanten bepaald. Dat doe je bijvoorbeeld aan de hand van bepaalde ingesloten mineralen. In die mineralen komen weer radioactieve elementen voor, zoals samarium. Dat vervalt naar neodynium. Aan de verhouding van die elementen en hun vervalproducten leid je de leeftijd af. Het leuke was dat het VU-lab net nieuwe apparatuur had gekregen waarmee je veel kleinere hoeveelheden insluitsels kon meten. Voorheen moest je soms wel 600 diamanten openbreken, en dan had je aan alle insluitsels bij elkaar net genoeg. Dan kreeg je een gemiddelde leeftijd van al die diamanten. Maar wat zegt dat? Met de nieuwe apparatuur konden we voor het eerst de ouderdom van individuele diamanten, en zelfs van stukjes van een en dezelfde diamant, bepalen. Het meest bijzondere was een diamant waarvan de kern 2,3 miljard jaar oud was, en de buitenkant 200 miljoen jaar.”

Hoe groot was die diamant?

„Als ik me goed herinner, 5 tot 6 millimeter.”

Heb je veel diamanten onderzocht?

„Voor dit onderzoek bekeek ik, samen met drie collega’s, in Botswana eerst 332.000 ruwe diamanten onder de microscoop. Dat gaat best snel hoor. Eén diamant kost minder dan een halve minuut. Je kijkt of hij interessante insluitsels heeft. Dat is bij een paar procent het geval. Het bedrijf DeBeers heeft toen een paar honderd ruwe diamanten naar Amsterdam verstuurd.”

Wat gebeurt er in het lab met die diamanten?

„Wij snijden ze eerst in plakjes, met een laser. Om mineraalinsluitsels eruit te krijgen breek je de diamant verder, en hou je kleine fragmenten over. Maar wil je de edelgassen eruit krijgen, dan verhit je de plakjes in vacuüm tot 2.100 graden. Dan veranderen ze in grafiet en ontsnappen de gassen. De diamant is dan, poef, weg. Dat laatste heb ik in mijn promotie-onderzoek in Australië veel gedaan.”

Wij snijden de diamanten eerst in plakjes, met een laser

 

Wat deed je daar?

„Ik heb onder meer die Braziliaanse diamanten onderzocht. Maar ook exemplaren uit West-Australië. We wisten dat op die plek, als gevolg van tektoniek, zo’n 1,8 miljard jaar geleden een stuk aardplaat naar beneden was geduwd. En dat er zich 1,6 miljard jaar geleden diamanten hadden gevormd. We hebben diamanten van verschillende dieptes bestudeerd. Zo achterhaalden we dat vloeistoffen uit de afgezonken korst 15 kilometer omhoog waren gegaan de mantel in. Dat was heel interessant om te zien.”

En nu ga je naar Canada?

„Naar het lab van Graham Pearson. Hij heeft grote diamantcollecties. En onderzoekkamers per element.”

Voor elk element?

„Dat ook weer niet. Maar bijvoorbeeld wel een aparte kamer voor al het werk aan gesteente met hoge concentraties aan rhenium en osmium, en een voor lage concentraties. Er is ook een kamer voor het werk aan samarium en neodynium, en voor rubidium en strontium. Dat is wel heel vet.”

Je hebt zelf geen oorbellen, geen halsketting, geen ringen.

„Ik ben niet zo van de juwelen. De diamanten die mensen dragen zijn helemaal helder. Dat vind ik minder interessant. Ik vind het juist leuk als er iets in zit. Hoe meer insluitsels, hoe meer ik eraan kan meten. Dat is ook mooi, want zo zitten we elkaar niet in de weg.”