Questa vignetta mostra una placca oceanica in subduzione che viaggia come un nastro trasportatore dalla superficie fino al mantello inferiore. Le frecce bianche mostrano il percorso di riciclaggio superficiale relativamente ben consolidato nello strato superiore della piastra (crosta e sedimenti), che alimenta i vulcani ad arco. Le nuove scoperte del team di ricerca dallo studio dei diamanti rivelano un percorso di riciclaggio più profondo, mostrato in azzurro. Le fratture infiltranti l'acqua nel fondo marino idratano le rocce all'interno della placca, formando "serpentinite", e queste rocce idratate possono talvolta essere trasportate fino alla sommità del mantello inferiore. Questo è un percorso importante che trasferisce l'acqua, carbonio, e altri elementi superficiali in profondità nel mantello. Credito:Wenjia Fan, W. Design Studio
I diamanti che si sono formati in profondità nel mantello terrestre contengono prove di reazioni chimiche avvenute sul fondo del mare. Sondare queste gemme può aiutare i geologi a capire come viene scambiato il materiale tra la superficie del pianeta e le sue profondità.
Nuovo lavoro pubblicato su Progressi scientifici conferma che la serpentinite, una roccia che si forma dalla peridotite, il principale tipo di roccia nel mantello terrestre, quando l'acqua penetra nelle fessure del fondo oceanico, può trasportare l'acqua di superficie fino a 700 chilometri di profondità mediante processi tettonici a placche.
"Quasi tutte le placche tettoniche che compongono il fondo marino alla fine si piegano e scivolano nel mantello, un processo chiamato subduzione, che ha il potenziale per riciclare i materiali di superficie, come l'acqua, nella Terra, " ha spiegato Peng Ni di Carnegie, che ha co-guidato lo sforzo di ricerca con Evan Smith del Gemological Institute of America.
La serpentinite che risiede all'interno delle placche subduttive può essere una delle più significative, ancora poco conosciuto, percorsi geochimici attraverso i quali i materiali di superficie vengono catturati e convogliati nelle profondità della Terra. In precedenza si sospettava la presenza di serpentiniti profondamente subdotte, a causa della ricerca di Carnegie e GIA sull'origine dei diamanti blu e della composizione chimica del materiale del mantello eruttato che costituisce le dorsali oceaniche, montagne sottomarine, e isole oceaniche. Ma le prove che dimostrano questo percorso non erano state completamente confermate fino ad ora.
Un'illustrazione che mostra come i diamanti possono offrire ai ricercatori uno sguardo sui processi che si verificano all'interno del nostro pianeta, compreso il riciclaggio di materiale di superficie in profondità. Credito:opere d'arte di Katherine Cain, per gentile concessione della Carnegie Institution for Science.
Il team di ricerca, che comprendeva anche Steven Shirey di Carnegie, e Anat Shahar, così come Wuyi Wang del GIA e Stephen Richardson dell'Università di Città del Capo, hanno trovato prove fisiche per confermare questo sospetto studiando un tipo di grandi diamanti che hanno origine nelle profondità del pianeta.
"Alcuni dei diamanti più famosi al mondo rientrano in questa categoria speciale di diamanti gemma relativamente grandi e puri, come il famoso Cullinan, " ha detto Smith. "Si formano tra 360 e 750 chilometri più in basso, almeno tanto quanto la zona di transizione tra il mantello superiore e inferiore."
A volte contengono inclusioni di minuscoli minerali intrappolati durante la cristallizzazione dei diamanti che forniscono uno sguardo su ciò che sta accadendo a queste profondità estreme.
"Lo studio di piccoli campioni di minerali formati durante la cristallizzazione profonda del diamante può insegnarci molto sulla composizione e la dinamica del mantello, perché il diamante protegge i minerali da ulteriori cambiamenti nel loro percorso verso la superficie, "Spie ha spiegato.
Esempi di diamanti grezzi CLIPPIR dalla miniera Letseng, Lesoto. Questi sono gli stessi tipi di diamanti di quelli analizzati in questo studio. La pietra più grande è 91,07 carati. Credito:foto di Robert Weldon; © GIA; per gentile concessione di Gem Diamonds Ltd.
In questo caso, i ricercatori sono stati in grado di analizzare la composizione isotopica del ferro nelle inclusioni metalliche. Come altri elementi, il ferro può avere un numero diverso di neutroni nel suo nucleo, che dà origine ad atomi di ferro di massa leggermente diversa, o diversi "isotopi" del ferro. La misurazione dei rapporti tra isotopi di ferro "pesanti" e "leggeri" fornisce agli scienziati una sorta di impronta digitale del ferro.
Le inclusioni di diamante studiate dal team avevano un rapporto più elevato di isotopi di ferro pesanti e leggeri rispetto a quelli che si trovano tipicamente nella maggior parte dei minerali del mantello. Ciò indica che probabilmente non hanno avuto origine da processi geochimici della Terra profonda. Anziché, indica magnetite e altri minerali ricchi di ferro formati quando la peridotite della placca oceanica si è trasformata in serpentinite sul fondo del mare. Questa roccia idratata fu infine subdotta per centinaia di chilometri nella zona di transizione del mantello, dove questi particolari diamanti si sono cristallizzati.
"I nostri risultati confermano un percorso a lungo sospettato per il riciclaggio della Terra profonda, permettendoci di tracciare come i minerali dalla superficie vengono attratti nel mantello e creano variabilità nella sua composizione, "Ha concluso Shahar.
