Dybe diamanter indeholder beviser for deep-Earth-genbrugsprocesser

Diamanter, der dannes dybt i Jordens kappe, indeholder tegn på kemiske reaktioner, der fandt sted på havbunden. At undersøge disse ædelstene kan hjælpe geovidenskabsmænd med at forstå, hvordan materiale udveksles mellem planetens overflade og dens dybder.

Nyt værk udgivet i Videnskabens fremskridt bekræfter, at serpentinit - en sten, der dannes fra peridotit, den vigtigste stentype i Jordens kappe, når vand trænger ind i sprækker i havbunden - kan transportere overfladevand så langt som 700 kilometer dybt ved pladetektoniske processer.

"Næsten alle tektoniske plader, der udgør havbunden, bøjer til sidst og glider ned i kappen - en proces kaldet subduktion, som har potentialet til at genbruge overfladematerialer, såsom vand, ind i jorden, " forklarede Carnegies Peng Ni, som ledte forskningsindsatsen sammen med Evan Smith fra Gemological Institute of America.

Serpentinit, der ligger inde i subduktionsplader, kan være en af ​​de mest betydningsfulde, endnu dårligt kendt, geokemiske veje, hvorved overfladematerialer fanges og transporteres ned i jordens dybder. Tilstedeværelsen af ​​dybt-subducerede serpentinitter var tidligere mistænkt - på grund af Carnegie og GIA forskning om oprindelsen af ​​blå diamanter og på grund af den kemiske sammensætning af udbrudt kappemateriale, der udgør midocean-rygge, søbjerge, og oceanøer. Men beviser, der viser denne vej, var ikke blevet fuldt bekræftet indtil nu.

Forskerholdet - som også omfattede Carnegies Steven Shirey, og Anat Shahar, såvel som GIA's Wuyi Wang og Stephen Richardson fra University of Cape Town - fandt fysiske beviser for at bekræfte denne mistanke ved at studere en type store diamanter, der stammer dybt inde i planeten.

"Nogle af de mest berømte diamanter i verden falder ind under denne særlige kategori af relativt store og rene ædelstensdiamanter, såsom den verdensberømte Cullinan, " sagde Smith. "De danner mellem 360 og 750 kilometer nede, mindst lige så dyb som overgangszonen mellem den øvre og nedre kappe."

Nogle gange indeholder de inklusioner af bittesmå mineraler fanget under diamantkrystallisering, der giver et indblik i, hvad der sker på disse ekstreme dybder.

"At studere små prøver af mineraler dannet under dyb diamantkrystallisation kan lære os så meget om kappens sammensætning og dynamik, fordi diamant beskytter mineralerne mod yderligere ændringer på deres vej til overfladen, "Forklarede Shirey.

I dette tilfælde, forskerne var i stand til at analysere den isotopiske sammensætning af jern i de metalliske indeslutninger. Ligesom andre elementer, jern kan have forskellige antal neutroner i sin kerne, som giver anledning til jernatomer med lidt forskellig masse, eller forskellige "isotoper" af jern. Måling af forholdet mellem "tunge" og "lette" jernisotoper giver forskerne et slags fingeraftryk af jernet.

De diamantindeslutninger, som holdet studerede, havde et højere forhold mellem tunge og lette jernisotoper, end der typisk findes i de fleste kappemineraler. Dette indikerer, at de sandsynligvis ikke stammer fra dybe jordiske geokemiske processer. I stedet, det peger på magnetit og andre jernrige mineraler, der dannes, når oceanisk pladeperidotit omdannes til serpentinit på havbunden. Denne hydrerede sten blev til sidst subduceret hundredvis af kilometer ned i mantelovergangszonen, hvor disse særlige diamanter krystalliserede.

"Vores resultater bekræfter en længe formodet vej til genbrug af dyb jord, giver os mulighed for at spore, hvordan mineraler fra overfladen trækkes ned i kappen og skaber variation i dens sammensætning, " konkluderede Shahar.