I diamanti sono talvolta descritti come messaggeri dalla terra profonda; gli scienziati li studiano da vicino per comprendere le profondità altrimenti inaccessibili da cui provengono. Ma i messaggi sono spesso difficili da leggere. Ora, una squadra ha escogitato un modo per risolvere due enigmi di vecchia data:l'età dei singoli diamanti contenenti fluidi, e la chimica del loro materiale genitore. La ricerca ha permesso loro di delineare eventi geologici risalenti a più di un miliardo di anni, una potenziale svolta non solo nello studio dei diamanti, ma di evoluzione planetaria.

I diamanti di qualità gemma sono reticoli di carbonio quasi puri. Questa purezza elementare conferisce loro il loro splendore; ma significa anche che contengono pochissime informazioni sulla loro età e origine. Però, alcuni esemplari di qualità inferiore ospitano imperfezioni sotto forma di minuscole sacche di liquido, resti dei fluidi più complessi da cui si sono evoluti i cristalli. Analizzando questi fluidi, gli scienziati nel nuovo studio hanno calcolato i tempi in cui si sono formati diversi diamanti, e le mutevoli condizioni chimiche intorno a loro.

"Apre una finestra, beh, diciamo, anche una porta - ad alcune delle domande veramente grandi" sull'evoluzione della terra profonda e dei continenti, ha detto l'autore principale Yaakov Weiss, uno scienziato aggiunto al Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University, dove sono state fatte le analisi, e docente presso l'Università Ebraica di Gerusalemme. "Questa è la prima volta che possiamo ottenere età affidabili per questi fluidi". Lo studio è stato pubblicato questa settimana sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Si pensa che la maggior parte dei diamanti si formi da 150 a 200 chilometri sotto la superficie, in masse di roccia relativamente fresche sotto i continenti. Il processo potrebbe risalire fino a 3,5 miliardi di anni, e probabilmente continua ancora oggi. Occasionalmente, sono portati in alto da potenti, eruzioni vulcaniche profonde chiamate kimberliti. (Non aspettarti di vederne uno eruttare oggi; i più giovani depositi di kimberlite conosciuti hanno decine di milioni di anni.)

Molto di ciò che sappiamo sui diamanti proviene da esperimenti di laboratorio, e studi di altri minerali e rocce che vengono con i diamanti, o talvolta sono addirittura racchiusi al loro interno. I 10 diamanti studiati dal team provenivano dalle miniere fondate dalla società De Beers a Kimberley e dintorni, Sud Africa. "Ci piacciono quelli che nessun altro vuole davvero, " disse Weiss - fibroso, campioni dall'aspetto sporco contenenti impurità solide o liquide che li squalificano come gioielli, ma contengono informazioni chimiche potenzialmente preziose. Fino ad ora, la maggior parte dei ricercatori si è concentrata sulle inclusioni solide, come piccoli pezzi di granato, determinare l'età dei diamanti. Ma le età che indicano le inclusioni solide possono essere discutibili, perché le inclusioni possono o non possono essersi formate contemporaneamente al diamante stesso. fluidi incapsulati, d'altra parte, sono la cosa reale, la materia da cui si è formato il diamante stesso.

Quello che Weiss e i suoi colleghi hanno fatto è stato trovare un modo per datare i fluidi. Lo hanno fatto misurando tracce di torio radioattivo e uranio, e i loro rapporti con l'elio-4, un isotopo raro che deriva dal loro decadimento. Gli scienziati hanno anche scoperto la velocità massima con cui le agili piccole molecole di elio possono fuoriuscire dal diamante, senza la quale i dati, le conclusioni sulle età basate sull'abbondanza dell'isotopo potrebbero essere gettate lontano. (Come risulta, i diamanti sono molto bravi a contenere l'elio.)

Il team ha identificato tre distinti periodi di formazione del diamante. Tutto questo ha avuto luogo all'interno di masse rocciose separate che alla fine si sono fuse nell'odierna Africa. Il più antico ha avuto luogo tra 2,6 miliardi e 700 milioni di anni fa. Le inclusioni fluide di quel tempo mostrano una composizione distinta, estremamente ricco di minerali carbonatici. Il periodo coincise anche con l'accumulo di grandi catene montuose sulla superficie, apparentemente dalle collisioni e dallo schiacciamento delle rocce. Queste collisioni potrebbero aver avuto qualcosa a che fare con la produzione dei fluidi ricchi di carbonati sottostanti, anche se esattamente come è vago, dicono i ricercatori.

La successiva fase di formazione del diamante ha attraversato un possibile lasso di tempo da 550 milioni a 300 milioni di anni fa, mentre il continente proto-africano continuava a riorganizzarsi. A quest'ora, le inclusioni liquide mostrano, i fluidi erano ricchi di minerali di silice, indicando un cambiamento nelle condizioni sotterranee. Il periodo coincise anche con un altro importante episodio di costruzione di montagne.

La fase più recente conosciuta ha avuto luogo tra 130 milioni di anni e 85 milioni di anni fa. Ancora, la composizione fluida cambiò:Ora, era ricco di composti salini contenenti sodio e potassio. Ciò suggerisce che il carbonio da cui si sono formati questi diamanti non proveniva direttamente dalle profondità della terra, ma piuttosto da un fondo oceanico che è stato trascinato sotto una massa continentale per subduzione. Questa idea, che il carbonio di alcuni diamanti possa essere riciclato dalla superficie, una volta era considerato improbabile, ma la recente ricerca di Weiss e altri ha aumentato la sua valuta.

Una scoperta intrigante:almeno un fluido incapsulato in un diamante sia dell'era più antica che di quella più giovane. La mostra che nuovi strati possono essere aggiunti ai vecchi cristalli, permettendo ai singoli diamanti di evolversi per lunghi periodi di tempo.

Fu alla fine di questo periodo più recente, quando l'Africa aveva in gran parte assunto la forma attuale, che una grande fioritura di eruzioni di kimberlite ha portato in superficie tutti i diamanti studiati dal team. I resti solidificati di queste eruzioni furono scoperti nel 1870, e divennero le famose miniere di De Beers. Esattamente ciò che li ha provocati è ancora parte del puzzle.

Le minuscole goccioline ricoperte di diamanti forniscono un modo raro per collegare eventi che hanno avuto luogo molto tempo fa sulla superficie con ciò che stava accadendo contemporaneamente molto al di sotto, dicono gli scienziati. "Ciò che è affascinante è, puoi limitare tutti questi diversi episodi dai fluidi, " disse Cornelia Classe, un geochimico a Lamont-Doherty e coautore dell'articolo. "Il Sud Africa è uno dei posti più studiati al mondo, ma molto raramente siamo stati in grado di vedere oltre le indicazioni indirette di ciò che è accaduto lì in passato".

Alla domanda se i risultati potrebbero aiutare i geologi a trovare nuovi giacimenti di diamanti, Weiss si limitò a ridere. "Probabilmente no, " disse. Ma, Egli ha detto, il metodo potrebbe essere applicato ad altre aree produttrici di diamanti del mondo, compresa l'Australia, Brasile, e il Canada settentrionale e la Russia, per districare le storie profonde di quelle regioni, e sviluppare nuove intuizioni su come si evolvono i continenti.

"Queste sono domande davvero grandi, e ci vorrà molto tempo per arrivare a loro, " disse. "Andrò in pensione, e ancora non ho finito quella passeggiata. Ma almeno questo ci dà alcune nuove idee su come scoprire come funzionano le cose".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.