I diamanti sono strumenti eccezionali per studiare il ciclo del carbonio del pianeta e i processi del mantello grazie alla loro eccezionale capacità di trasportare informazioni sugli isotopi stabili e sulla composizione degli oligoelementi. Gli xenoliti del mantello del famoso tubo di kimberlite di Orapa in Botswana, che si ritiene provengano da una profondità di circa 150 km, hanno offerto alcune delle prime informazioni sugli isotopi di carbonio ospitati dal diamante. I valori degli isotopi stabili del carbonio per questi diamanti (valori δ13C) variavano da 0 a circa -5,5 per mille, indicando una notevole quantità di carbonio proveniente sia dall'ambiente superficiale che dai sedimenti crostali. Tuttavia, solo un piccolo numero di diamanti con uno spettro isotopico più ampio è stato studiato, lasciando sconosciuta la natura e l'intera gamma di eterogeneità degli isotopi del carbonio nel mantello terrestre.

Per comprendere meglio l’origine e la circolazione del carbonio del mantello, studi recenti hanno esaminato la composizione isotopica del carbonio dei diamanti provenienti da diverse aree del mondo, tra cui i giacimenti di kimberlite di Letlhakane e Orapa in Botswana, la miniera di Finsch in Sud Africa e il giacimento di Argyle. giacimento di lamproite nell'Australia occidentale. Queste indagini hanno scoperto una varietà molto più ampia di valori δ13C, da -18,5 a +2,5 per mille, rispetto agli studi precedenti. In questo intervallo più ampio sono stati trovati anche diamanti con valori isotopici del carbonio molto sfavorevoli, che indicano un considerevole serbatoio di sedimenti profondamente sepolti o materiale crostale riciclato nel mantello terrestre che non è stato ancora incluso nel ciclo generale del carbonio. Inoltre, l'esistenza di tale eterogeneità isotopica in varie posizioni dei diamanti implicava l'esistenza di porzioni chimicamente e fisicamente separate all'interno del mantello terrestre.

Oltre agli isotopi del carbonio, i diamanti possono fornire informazioni vitali sulla profondità della fusione del mantello e sulle origini dei magmi che hanno portato i diamanti in superficie. Le concentrazioni di particolari oligoelementi, come azoto, zolfo e ferro, all'interno dei diamanti cambiano in funzione della pressione, della temperatura e della composizione volatile in cui vengono generati. Questi oligoelementi permettono la creazione di zone di crescita nei diamanti che corrispondono a fasi distinte dell'evoluzione del magma kimberlitico e della sua risalita. Ad esempio, un risultato importante della ricerca sugli oligoelementi è che diamanti con colori diversi, come i diamanti incolori e marroni, possono svilupparsi dallo stesso magma iniziale ma in condizioni P-T e componenti volatili distinti, il che chiarisce ulteriormente la complessità del processo di formazione del diamante. processo.

Un altro progresso significativo nello studio dei diamanti per comprendere il ciclo del carbonio della Terra è la scoperta di diamanti ultra profondi. Questi diamanti mostrano valori δ13C straordinariamente elevati, fino a +5,5 per mille, indicando che la loro fonte di carbonio è sostanzialmente diversa dai tradizionali serbatoi di carbonio del mantello. La presenza di diamanti super profondi suggerisce la potenziale esistenza di serbatoi di carbonio estremamente antichi nel mantello inferiore della Terra, che potrebbero includere resti di sedimenti subdotti e/o materiale del mantello primordiale.

In sintesi, i diamanti forniscono informazioni vitali sul ciclo del carbonio terrestre, sui processi del mantello e sulle circostanze di formazione dei diamanti grazie alla loro eccezionale capacità di mantenere stabili le informazioni sugli isotopi e la composizione degli oligoelementi. La ricerca sui diamanti ha portato alla consapevolezza che il ciclo del carbonio terrestre è più complesso di quanto si pensasse in precedenza e che nel mantello terrestre ci sono riserve di carbonio considerevoli e non identificate che sono fondamentali per comprendere i processi dinamici che modellano il nostro pianeta.