Cele mai rare diamante de pe Pământ se formează din carbonul primordial din manta

Majoritatea diamantelor sunt făcute din carbon reciclat din nou și din nou între suprafața Pământului și crusta sa. Dar diamantele cu cele mai profunde origini – cum ar fi faimosul diamant Hope – sunt făcute din carbon dintr-o sursă separată: un rezervor străvechi recent descoperit, ascuns în mantaua inferioară a Pământului, raportează oamenii de știință pe 10 septembrie în Natură.

Indicii chimice din aceste diamante superprofunde sugerează că există o limită necunoscută până acum pentru cât de adânc merge ciclul carbonului Pământului. Înțelegerea acestei părți a ciclului carbonului – cum și unde carbonul se mișcă în și din interiorul planetei – poate ajuta oamenii de știință să înțeleagă schimbările aduse climei planetei de-a lungul eilor, spun cercetătorii.

Diamantele se formează la diferite adâncimi înainte de a se îndrepta spre suprafață, unde sunt dezgropate. „Majoritatea diamantelor cu care oamenii sunt familiarizați provin din cei 250 de kilometri de sus ai planetei”, spune Margo Regier, geochimist la Universitatea Alberta din Edmonton. Diamantele „superdeep” provin de la cel puțin 250 de kilometri sub pământ și „sunt destul de rare”, spune Regier. Dar cele mai rare dintre toate sunt diamantele care se formează până la 700 de kilometri în jos, în mantaua inferioară.

„Adesea, acestea sunt unele dintre cele mai mari pe care le găsiți, cum ar fi Hope Diamond”, spune Regier. Aceste diamante cele mai adânci și foarte apreciate sunt, de asemenea, neprețuite din punct de vedere științific, oferind o fereastră rară către mantaua inferioară. De exemplu, imperfecțiunile minuscule păstrate în unele dintre diamante conțin comori geologice: cea mai adâncă formă de apă cunoscută în interiorul Pământului sau chiar unele dintre cele mai vechi materiale conservate de pe planetă (SN: 3/8/18; SN: 15/08/19).

Sursa de carbon din aceste diamante cele mai adânci a fost un mister, dar oamenii de știință s-au întrebat dacă provine din subducția plăcilor tectonice ale Pământului. Pe măsură ce o placă alunecă sub alta și se scufundă în manta, aceasta transportă carbonul de la suprafață în interior, o parte cheie a ciclului carbonului. O parte din carbon revine în cele din urmă la suprafață, prin erupția vulcanilor sau sub formă de diamante, în timp ce o parte este sechestrată în scoarța adâncă sau în mantaua superioară. Sechestrarea carbonului prin subducție poate să fi jucat un rol cheie în crearea spațiului pentru acumularea oxigenului în atmosfera Pământului, deschizând calea pentru Marele Eveniment de Oxidare de acum aproximativ 2,3 miliarde de ani (SN: 2/6/17).

Diamantele și incluziunile lor – așchii mici de rocă care se înglobează în structurile cristaline pe măsură ce diamantele se formează – oferă indicii strălucitoare despre mediile în care s-au format. Așa că Regier și colegii sai au examinat diamantele care s-au format în scoarță, mantaua superioară și mantaua inferioară, vânând urmele chimice ale crustei subduse. Pentru a face acest lucru, echipa a analizat izotopi – diferite forme ale unui element – de carbon și azot din diamante, precum și izotopi de oxigen din incluziuni.

Cantitățile relative ale acestor forme elementare indică componența chimică a magmei în care au cristalizat diamantele. De exemplu, diamantele care s-au format în scoarță și în mantaua superioară au avut incluziuni îmbogățite în oxigen-18 – ceea ce sugerează că pietrele prețioase s-au cristalizat din magma formată din crusta oceanică subdusă.

„Toți izotopii spun aceeași poveste într-un mod diferit”, spune Regier. „Carbonul, azotul și oxigenul, toți spun că plăcile subductive sunt capabile să transporte carbon și elemente similare la o adâncime similară în manta. Dar la aproximativ 500 până la 600 de kilometri adâncime, cea mai mare parte a carbonului se pierde prin magmă” care se ridică înapoi la suprafață, spune ea. „După aceea, plăcile sunt relativ epuizate în carbon.”

Compoziția chimică a diamantelor de la mai mult de 660 de kilometri a fost semnificativ diferită de cea a diamantelor mai puțin adânci. Acestea „se formează într-un mod diferit, din carbonul deja stocat în manta”, spune Regier. „Cele mai adânci probe trebuie să fi fost [made of] carbon primordial care nu a scăpat niciodată de pe planetă.”

Descoperirea sugerează, de asemenea, o limită a cât de adânc poate fi îngropat carbonul de la suprafață în interiorul planetei. O implicație a acestui lucru, spune Regier, este că pune sub semnul întrebării dacă subducția a fost capabilă să îngroape carbonul în adâncime și suficient de mult timp pentru a fi o forță motrice din spatele Marelui Eveniment de Oxidare.

Dar plăcile de subducție nu trebuie să transporte carbon până la mantaua inferioară pentru a-l sechestra sau pentru a avea un impact profund asupra climei Pământului, spune Megan Duncan, petrolog la Virginia Tech din Blacksburg. „Carbonul nu trebuie să ajungă atât de jos”, spune Duncan. „Trebuie doar să fie îndepărtat de la suprafață pentru a avea acel efect de creștere a oxigenului.”

Legătura dintre subducție și creșterea oxigenului pe Pământul antic este încă o întrebare deschisă, recunoaște Regier. „Pământul este complex… [and] faptul că avem mostre care ne vorbesc despre acest ciclu al carbonului din adâncul planetei este incitant”, adaugă ea. „Spune că sunt multe pe care nu le înțelegem despre planeta noastră.”