Assortimento di frammenti di diamanti utilizzati in questo studio. Il più grande è 9,6 carati. Questi diamanti potrebbero essere analizzati con mezzi distruttivi (lucidatura per esporre le inclusioni) mentre molti altri diamanti studiati erano gemme levigate che sono state solo prese in prestito e studiate in modo non distruttivo. Credito:Evan Smith.
Una nuova ricerca di un team che include Steven Shirey e Jianhua Wang di Carnegie spiega come si sono formati i diamanti più grandi e preziosi del mondo, dal liquido metallico nelle profondità del mantello terrestre. I risultati sono pubblicati in Scienza .
Il gruppo di ricerca, guidato da Evan Smith del Gemological Institute of America, studiato grandi gemme di diamanti come il famoso Cullinan o Lesotho Promise esaminando i loro cosiddetti "ritagli, " quali sono i pezzi rimasti dopo che le sfaccettature della gemma sono state tagliate per la massima brillantezza. Hanno determinato che questi diamanti a volte hanno piccoli grani metallici intrappolati al loro interno che sono costituiti da una miscela di ferro metallico e nichel, insieme al carbonio, zolfo, metano, e idrogeno.
Queste inclusioni indicano che i diamanti si sono formati, come tutti i diamanti, nel mantello terrestre, ma lo facevano in condizioni in cui erano saturati dal metallo liquido. Per quanto improbabile possa sembrare, la loro ricerca mostra che il carbonio puro si è cristallizzato da questo pool di metallo liquido per formare i grandi diamanti gemma.
"L'esistenza di questa miscela di metalli ha ampie implicazioni per la nostra comprensione dei processi profondi della Terra, " ha detto Smith.
I diamanti si formano in profondità nel mantello terrestre e salgono in superficie in piccole eruzioni vulcaniche di magma. Le impurità contenute nei diamanti possono insegnare ai geologi la chimica della Terra profonda sotto pressione, temperatura, e le condizioni chimiche in cui si sono formati. diamanti, una volta formato, hanno una capacità unica di proteggere e schermare eventuali minerali contenuti all'interno delle loro strutture cristalline, dando così agli scienziati uno speciale, campione protetto della mineralogia del mantello e uno sguardo alle condizioni a miglia sotto la superficie del pianeta.
Un diamante tagliato e lucidato del tipo studiato in questa carta con inclusioni metalliche. Il gruppo più evidente di inclusioni sembra macchie nere sul lato sinistro, mezzo. Attestazione:Jae Liao
La maggior parte dei diamanti si forma a profondità di circa 90-150 miglia sotto i continenti. Ma i cosiddetti diamanti "superprofondi" si formano molto più in profondità, a profondità inferiori a 240 miglia, dove le rocce del mantello sono note per essere mobili a causa della convezione. Dal lavoro di squadra, ora capiamo per la prima volta che i grandi diamanti gemma sono un gruppo di diamanti super profondi, secondo l'analisi di minuscoli campioni di silicato che sono stati trovati anche all'interno dei diamanti studiati. Queste minuscole inclusioni di silicato sono anche associate al metallo.
Allora cosa fanno questi minuscoli campioni di metallo, insieme al loro metano e idrogeno associati, dire agli scienziati del mantello profondo? Racconta loro della disponibilità di ossigeno in diverse parti del mantello.
Vicino alla superficie, la chimica del mantello è più ossidata, che gli scienziati possono dedurre dalla presenza di carbonio sotto forma di anidride carbonica nei magmi eruttati nei vulcani (tra le altre indicazioni). Ma più in profondità, secondo i risultati della squadra, alcune regioni del mantello sono l'opposto di ossidato, o ridotto, che è ciò che consente la formazione del metallo liquido ferro-nichel.
Una vista ravvicinata di un'inclusione metallica. L'inclusione è riflettente/argento in apparenza, circondato da un nero, cricca di decompressione contenente grafite. L'immagine è larga 2,56 mm. Credito:Evan Smith; © GIA
"Il fatto che si possano trovare regioni ridotte nel mantello terrestre è stato teoricamente previsto, ma mai prima d'ora confermato con campioni reali", ha spiegato Shirey.
"Questo risultato fornisce un collegamento diretto tra la formazione del diamante e le condizioni del mantello profondo, affrontare un obiettivo chiave del Deep Carbon Observatory, " ha affermato il direttore esecutivo di DCO e scienziato della Carnegie Robert Hazen. "Anche il fatto che sia stato reso possibile da una collaborazione di grande successo tra il nostro gruppo Diamonds and Mantle Geodynamics of Carbon e il Gemological Institute of America è molto eccitante, mettendo in evidenza l'importanza delle connessioni accademiche con l'industria e il loro ruolo importante nel fornire finanziamenti post-dottorato e gli esempi chiave per questa ricerca".
