Ny undersøgelse kvantificerer dyb reaktion bag superdep -diamanter

Uanset om de findes i en forlovelsesring eller en antik halskæde, diamanter genererer normalt hurtige reaktioner fra deres modtagere. Nu, ny forskning viser dybt inde i Jorden, hurtige reaktioner mellem subducerede tektoniske plader og kappen på bestemte dybder kan være ansvarlige for at generere de mest værdifulde diamanter.

De diamanter, der oftest udvindes rundt om i verden, dannes i Jordens kappe i dybder på omkring 150-250 kilometer (93-155 miles). De dannes ved ekstremt tryk og temperatur på mindst 1050 grader Celsius (1922 grader Fahrenheit). Kun en lille mængde af disse diamanter når det til minedrevne områder, da de fleste ødelægges i processen med at nå jordskorpen via dybe kilde vulkanudbrud.

Men en lille portion udvindede diamanter, kaldet sub-litosfæriske eller superdep diamanter, dannes på meget dybere dybder end andre, mest i to rige zoner i dybder på 250-450 kilometer (155-279 miles) og 600-800 kilometer (372-497 miles). Disse diamanter skiller sig ud fra andre på grund af deres sammensætninger, som lejlighedsvis indeholder materialer fra den dybe jord som majoritgranat, ferropericlase og bridgmanit.

"Selvom det kun udgør 1 procent af de samlede udvundne diamanter, det ser ud til, at masser af store diamanter med høj renhed er superdype diamanter, så de har god værdi som perler, "sagde Feng Zhu, hovedforfatteren af ​​det nye studie i Geofysiske forskningsbreve , et tidsskrift for American Geophysical Union, som var en post-doktorgradsgeologforsker ved University of Michigan, da han udførte forskningen.

Ingen tidligere teori har fuldstændig forklaret årsagen til, at der er fundet meget få diamanter nær overfladen fra området i dybder på 450-600 kilometer (372-497 miles)-regionen mellem de zoner, hvor de fleste superdype diamanter dannes.

Den nye undersøgelse søger at forklare dette fænomen. Zhu, nu en postdoktoral forsker ved University of Hawai'i, og hans kolleger mener, at de to superdybe områder, hvor der dannes diamanter, er rige på ædelstene på grund af høje produktionshastigheder. Den nye undersøgelse forklarer, hvad der driver den diamantproducerende reaktion i nogle områder, og hvad der bremser den i andre områder.

Diamantdannelse

Ifølge forfatterne, diamanter kan dannes hvor som helst i kappen, som strækker sig fra ca. 35 til 2, 890 kilometer (21-1, 800 miles) under jordens overflade. Imidlertid, mennesker ser sjældent de fleste diamanter dannet. Meget få diamanter overlever den vulkanske tur til jordskorpen, hvor vi kan prøve dem.

Det betyder chancerne for at finde diamanter fra dybe områder i kappen, der producerer relativt få af perlerne, er ekstremt lille. Kun 1 procent af de udvundne diamanter kommer fra superdybe områder.

"I vores hypotese, produktion af diamanter på enhver dybde i kappen er mulig, det er bare produktionshastigheden er anderledes, så de har en anden chance for at blive prøvetaget i skorpen, "Sagde Zhu.

Oprettelse af diamanter

For at efterligne det ekstreme pres, der opleves dybt inde i planeter, undersøgelsens forfattere brugte diamantamboltceller og en 1, 000-ton multi-ambolt apparat ved University of Michigan. Begge disse enheder gør det muligt for forskere at komprimere materiale i en millimeterstørrelse under ekstreme tryk. De komprimerede magnesiumcarbonatpulver med jernfolie i ekstreme varmer og formåede at skabe små diamantkorn synlige gennem scanningselektronmikroskoper.

De fandt ud af, at når forholdene er rigtige, diamantkorn kan dannes så hurtigt som hvert par minutter, og det tog aldrig længere tid end et par timer at danne, selvom væksten af ​​perle -diamanter kan tage meget længere tid i et faktisk smeltevæske -miljø.

I den lavvandede region, der er rig på superdyp diamantdannelse, 250-450 kilometer (155-279 miles) ned, en subdukterende tektonisk plade skubber ind under jordens kappe. Dette giver masser af carbonat, som skaber "fabrikker på et transportbånd" til diamanter, når de kombineres med jernet fra kappen, sagde forfatterne.

Høje temperaturer fremmer reaktioner, der danner diamanter, men pres gør det modsatte. På dybder cirka 475 kilometer (295 miles) under overfladen, trykket stiger, og reaktionerne bremser drastisk, sagde forfatterne. Derfor findes der få diamanter nær jordoverfladen, der kommer fra mellem 450-600 kilometer (372-497 miles).

"Når dit tryk når det diamantstabile område, det vil danne sig. Men når du øger trykket, vil det dannes med lavere hastigheder. Du har en handel derude, "Sagde Zhu.

En undtagelse fra denne regel er i den dybere region på 600-800 kilometer (372-497 miles) under overfladen. I denne region, ophobning af carbonat på grund af stagnation af tektoniske plader, der skubber nedad, kompenserer for overdosis i tryk. Så mens reaktionerne bremser, højere temperaturer og en overflod af carbonat giver en diamantrig region.

Zhu sagde, at den nye undersøgelse øger forskernes forståelse af Jordens kappe, som man med sikkerhed ved relativt lidt om.

"Superdeep diamantindeslutninger bringer os de eneste mineralprøver fra Jordens dybe kappe, "sagde han." At se er at tro, og disse indeslutninger giver et solidt grundlag for undersøgelserne om den utilgængelige kappe. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse til AGU Blogs (http://blogs.agu.org), et fællesskab af jord- og rumforskningsblogs, vært for American Geophysical Union. Læs den originale historie her.