Τα διαμάντια αποκαλύπτουν τα μυστικά από τα βάθη της Γης

Τα διαμάντια δεν είναι απλώς πολύτιμοι λίθοι με εκθαμβωτική λάμψη. Για τους επιστήμονες, αποτελούν μικροσκοπικές χρονοκάψουλες που κρύβουν πληροφορίες για τα βάθη του πλανήτη μας, εκεί όπου ο άνθρωπος δεν θα μπορέσει ποτέ να φτάσει. Μια νέα μελέτη σε διαμάντια από το ορυχείο Voorspoed στη Νότια Αφρική έρχεται να επιβεβαιώσει θεωρίες δεκαετιών και να ρίξει φως σε αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα 280 έως 470 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια της Γης.

Οι ερευνητές εντόπισαν για πρώτη φορά κράματα πλούσια σε νικέλιο εγκλωβισμένα στο εσωτερικό των διαμαντιών, τα οποία συνυπάρχουν με ανθρακικά ορυκτά υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο. Το εύρημα αυτό αποτελεί την πρώτη φυσική απόδειξη μιας αντίδρασης που μέχρι σήμερα είχε προβλεφθεί μόνο μέσα από θεωρητικά μοντέλα και εργαστηριακά πειράματα υψηλής πίεσης. Οι διαμάντινες εγκλείσεις κατέγραψαν μια σπάνια «στιγμιότυπο» χημικής διεργασίας, γνωστής ως αντίδραση οξειδοαναγωγική κατάψυξη, όπου οξειδωμένα τήγματα διείσδυσαν σε αναγωγικά πετρώματα του μανδύα, παγιδεύοντας ταυτόχρονα τα αίτια και τα αποτελέσματα της δημιουργίας διαμαντιών.

Ο μανδύας της Γης είναι η αθέατη «μηχανή» που τροφοδοτεί τα ηφαίστεια, ανακυκλώνει την κρούστα και καθορίζει την πορεία του πλανήτη σε γεωλογικούς χρόνους. Ωστόσο, η μελέτη του είναι εξαιρετικά δύσκολη, ιδιαίτερα σε ό,τι αφορά την κατανόηση της κατάστασης οξειδοαναγωγής του, δηλαδή της ισορροπίας ανάμεσα σε οξειδωμένες και αναγωγικές χημικές μορφές. Η ομάδα των Yael Kempe και Yaakov Weiss από το Hebrew University, σε συνεργασία με επιστήμονες από το University of Nevada, το University of Cambridge και το Nanocenter του Hebrew University, κατόρθωσε να αποκαλύψει στοιχεία που ρίχνουν φως σε αυτές τις αινιγματικές διεργασίες.

Εδώ και δεκαετίες οι γεωχημικές προσομοιώσεις προέβλεπαν ότι κράματα πλούσια σε νικέλιο θα πρέπει να σταθεροποιούνται σε βάθη περίπου 250-300 χιλιομέτρων. Παρ’ όλα αυτά, η φυσική επιβεβαίωση έλειπε. Τα διαμάντια του Voorspoed, με τις νανοεγκλείσεις κράματος νικελίου-σιδήρου και τις μικροεγκλείσεις ανθρακικών νικελίου, παρείχαν την πρώτη απτή απόδειξη ότι τα θεωρητικά μοντέλα ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα.

Στο εσωτερικό των πολύτιμων λίθων εντοπίστηκαν επίσης δείγματα κοεσίτη, αλουμινούχες φάσεις πλούσιες σε κάλιο και μόρια στερεού αζώτου, στοιχεία που λειτουργούν ως δείκτες πίεσης και επιβεβαιώνουν ότι τα διαμάντια προήλθαν από το βαθύ ανώτερο μανδύα και τη ζώνη μετάβασης.

Η συνύπαρξη του κράματος νικελίου-σιδήρου με ανθρακικά πλούσια σε νικέλιο φανερώνει μια δυναμική μετασωματική διαδικασία: ένα οξειδωμένο τήγμα διείσδυσε σε αναγωγικά, μεταλλοφόρα πετρώματα περιδοτίτη. Καθώς το τήγμα και τα πετρώματα αλληλεπιδρούσαν, το σίδηρο οξειδώθηκε πιο εύκολα από το νικέλιο, με αποτέλεσμα το υπόλοιπο κράμα να εμπλουτιστεί σε νικέλιο. Ταυτόχρονα, από το τήγμα κρυσταλλώθηκαν διαμάντια και ανθρακικά ορυκτά. Ουσιαστικά, τα διαμάντια κατέγραψαν μια φευγαλέα στιγμή της γεωχημείας: τη μετατροπή ενός αναγωγικού πετρώματος σε πιο οξειδωμένο, εμπλουτισμένο σε πτητικά στοιχεία.

Όπως τονίζει ο Weiss, «τα διαμάντια λειτουργούν σαν μικροσκοπικά χρονικά δοχεία που διατηρούν αντιδράσεις οι οποίες διαφορετικά θα είχαν χαθεί, καθώς τα ορυκτά επαναπροσαρμόζονται στο περιβάλλον τους».

Η σημασία του ευρήματος υπερβαίνει την απλή επιβεβαίωση θεωριών. Εάν τέτοιες αντιδράσεις συμβαίνουν περιοδικά σε μικρές ζώνες του μανδύα, τότε μπορούν να εξηγήσουν γιατί σε άλλα υπερβαθέα διαμάντια έχουν εντοπιστεί ενδείξεις υψηλά οξειδωμένων συνθηκών.

Επιπλέον, οι διεργασίες αυτές ρίχνουν φως στη δημιουργία μαγμάτων πλούσιων σε πτητικά στοιχεία, όπως οι κιμπερλίτες που φέρνουν τα διαμάντια στην επιφάνεια, αλλά και σε άλλα ηφαιστειακά πετρώματα όπως τα lamprophyres ή ορισμένα βασαλτικά νησιών. Με άλλα λόγια, τα μικροσκοπικά εγκλείσματα στα διαμάντια του Voorspoed αποκαλύπτουν συνδέσεις μεγάλης κλίμακας ανάμεσα στη γεωχημεία του μανδύα, την τεκτονική των λιθοσφαιρικών πλακών και τις ηφαιστειακές εκρήξεις που διαμορφώνουν τις ηπείρους.

[via]