Lydbølger afslører diamantcache dybt inde i Jordens indre

Der kan være mere end en kvadrillion tons diamant gemt i Jordens indre, ifølge en ny undersøgelse fra MIT og andre universiteter. Men det er usandsynligt, at de nye resultater vil sætte gang i et diamanthastighed. Forskerne vurderer, at de dyrebare mineraler er begravet mere end 100 miles under overfladen, langt dybere end nogen borexpedition nogensinde har nået.

Ultradeep -cachen kan være spredt inden for kratoniske rødder - de ældste og mest urokkelige klippesektioner, der ligger under midten af ​​de fleste kontinentale tektoniske plader. Formet som omvendte bjerge, kratoner kan strække sig så dybt som 200 miles gennem jordskorpen og ind i dens kappe; geologer omtaler deres dybeste sektioner som "rødder".

I den nye undersøgelse, forskere vurderer, at kratoniske rødder kan indeholde 1 til 2 procent diamant. I betragtning af det samlede volumen af ​​kratoniske rødder i jorden, holdet regner med, at omkring en kvadrillion (10 ¹⁶ ) tonsvis af diamant er spredt i disse gamle klipper, 90 til 150 miles under overfladen.

"Dette viser, at diamant måske ikke er dette eksotiske mineral, men på tingenes [geologiske] skala, det er relativt almindeligt, "siger Ulrich Faul, forsker ved MIT's Department of Earth, Atmosfærisk, og planetariske videnskaber. "Vi kan ikke komme til dem, men stadig, der er meget mere diamant der, end vi nogensinde har troet før. "

Fauls medforfattere omfatter forskere fra University of California i Santa Barbara, Institut de Physique du Globe de Paris, University of California i Berkeley, Ecole Polytechnique, Carnegie Institution i Washington, Harvard Universitet, University of Science and Technology of China, universitetet i Bayreuth, universitetet i Melbourne, og University College London.

En lydfejl

Faul og hans kolleger kom til deres konklusion efter at have undret sig over en anomali i seismiske data. I de sidste årtier har agenturer som f.eks. United States Geological Survey har ført globale registreringer af seismisk aktivitet - hovedsageligt lydbølger, der bevæger sig gennem jorden, der udløses af jordskælv, tsunamier, eksplosioner, og andre jordskælvende kilder. Seismiske modtagere rundt om i verden opfanger lydbølger fra sådanne kilder, ved forskellige hastigheder og intensiteter, som seismologer kan bruge til at bestemme hvor, for eksempel, et jordskælv opstod.

Forskere kan også bruge disse seismiske data til at konstruere et billede af, hvordan Jordens indre kan se ud. Lydbølger bevæger sig med forskellige hastigheder gennem Jorden, afhængigt af temperaturen, massefylde, og sammensætning af klipperne, de rejser igennem. Forskere har brugt dette forhold mellem seismisk hastighed og stensammensætning til at estimere de typer sten, der udgør jordskorpen og dele af den øvre kappe, også kendt som litosfæren.

Imidlertid, ved brug af seismiske data til at kortlægge Jordens indre, forskere har ikke været i stand til at forklare en underlig anomali:Lydbølger har en tendens til at fremskynde betydeligt, når de passerer gennem gamle kratons rødder. Kratoner vides at være koldere og mindre tætte end den omgivende kappe, hvilket igen ville give lidt hurtigere lydbølger, men ikke helt så hurtigt som det, der er blevet målt.

"Hastighederne, der måles, er hurtigere, end hvad vi tror, ​​vi kan reproducere med rimelige antagelser om, hvad der er, "Faul siger." Så må vi sige, 'Der er et problem.' Sådan startede dette projekt. "

Diamanter i dybet

Teamet havde til formål at identificere sammensætningen af ​​kratoniske rødder, der kan forklare stigningerne i seismiske hastigheder. At gøre dette, seismologer på holdet brugte først seismiske data fra USGS og andre kilder til at generere en tredimensionel model af hastighederne for seismiske bølger, der rejser gennem Jordens store kratoner.

Næste, Faul og andre, som tidligere har målt lydhastigheder gennem mange forskellige typer mineraler i laboratoriet, brugte denne viden til at samle virtuelle sten, fremstillet af forskellige kombinationer af mineraler. Derefter beregnede teamet, hvor hurtigt lydbølger ville rejse gennem hver virtuel sten, og fandt kun en type sten, der producerede de samme hastigheder som det, seismologerne målte:en, der indeholder 1 til 2 procent diamant, foruden peridotit (den overvejende stentype af Jordens øvre kappe) og mindre mængder af eclogit (repræsenterer subduktioneret oceanisk skorpe). Dette scenario repræsenterer mindst 1, 000 gange mere diamant, end folk tidligere havde forventet.

"Diamant på mange måder er specielt, "Faul siger." En af dens særlige egenskaber er, lydhastigheden i diamant er mere end dobbelt så hurtig som i det dominerende mineral i øvre kappe, olivin. "

Forskerne fandt ud af, at en stensammensætning på 1 til 2 procent diamant ville være lige nok til at producere de højere lydhastigheder, som seismologerne målte. Denne lille brøkdel af diamant ville heller ikke ændre den samlede tæthed af en kraton, som naturligvis er mindre tæt end den omgivende kappe.

"De er som træstykker, flyder på vand, "Faul siger." Kratoner er en lille smule mindre tæt end deres omgivelser, så de ikke bliver subduceret tilbage i Jorden, men forbliver flydende på overfladen. Sådan bevarer de de ældste klipper. Så vi fandt ud af, at du bare har brug for 1 til 2 procent diamant for at kratoner skal være stabile og ikke synke. "

På en måde, Faul siger, at kratoniske rødder, der delvis er lavet af diamant, giver mening. Diamanter smides i højtrykket, højtemperaturmiljø på den dybe Jord og kun gøre det tæt på overfladen gennem vulkanudbrud, der opstår hvert par titusinder af millioner af år. Disse udbrud udskærer geologiske "rør" lavet af en stenart kaldet kimberlite (opkaldt efter byen Kimberley, Sydafrika, hvor de første diamanter i denne type sten blev fundet). Diamant, sammen med magma dybt inde i Jorden, kan spytte ud gennem kimberlitrør, på Jordens overflade.

For det meste, kimberlitrør er fundet ved kanterne af kratoniske rødder, som i visse dele af Canada, Sibirien, Australien, og Sydafrika. Det ville give mening, derefter, at kratoniske rødder skulle indeholde en del diamant i deres makeup.

"Det er omstændighedsbeviser, men vi har samlet det hele sammen, "Faul siger." Vi gennemgik alle de forskellige muligheder, fra alle vinkler, og dette er den eneste, der er tilbage som en rimelig forklaring. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.