Wyścig z czasem w płaszczu Ziemi
Naturalne diamenty formują się na głębokości przekraczającej 150 kilometrów, gdzie ciśnienie osiąga dziesiątki tysięcy atmosfer, a temperatura przekracza 1000 stopni Celsjusza. Problem w tym, że nawet najpiękniejszy kryształ nie miałby szans dotrzeć na powierzchnię, gdyby nie specjalny system transportu. Ponad 70% wszystkich naturalnych diamentów pochodzi z kimberlitów, czyli niezwykłych formacji wulkanicznych o charakterystycznym kształcie przypominającym… marchewkę. Kimberlity działają jak geologiczne windy ekspresowe.
Czytaj też: Chiny odkryły góry złota. Tamtejsze rezerwy są większe niż ktokolwiek mógł przypuszczać
Magma musi przemieszczać się z prędkością dochodzącą do 128 kilometrów na godzinę, aby diamenty przetrwały podróż. Przy wolniejszym tempie i spadku ciśnienia, kryształy przekształciłyby się w grafit. Ten jest znacznie mniej atrakcyjną formę węgla. Naukowcy przez lata borykali się z problemem: wszystkie próbki kimberlitów dostępne na powierzchni są już mocno zmienione przez procesy geologiczne, co uniemożliwiało bezpośrednie badanie ich pierwotnego składu.
Symulacje molekularne ujawniają sekret
Zespół z Oslo opublikował wyniki swoich badań, w ramach których zastosowano nowatorskie podejście do problemu. Zamiast analizować zmodyfikowane skały, naukowcy stworzyli szczegółowe modele komputerowe wykorzystujące dynamikę molekularną. Ta metoda pozwoliła zasymulować zachowanie atomów w stopie kimberlitowym na różnych głębokościach.
Naszym pomysłem było: spróbujmy stworzyć model chemiczny kimberlitu, a następnie zmieniać CO2 i H2O. Pomyśl o tym, jak o próbie pobrania próbki kimberlitu, gdy wznosi się on w różnych punktach ciśnienia i temperatury – relacjonuje Ana Anzulović z Uniwersytetu w Oslo
Badacze odkryli fascynującą współpracę dwóch składników. Woda zwiększa mobilność stopu, znacząco obniżając jego lepkość. Tymczasem dwutlenek węgla pełni podwójną funkcję, gdyż pod wysokim ciśnieniem pomaga strukturyzować magmę, a podczas zbliżania się do powierzchni gwałtownie odgazowuje, tworząc siłę napędową erupcji. Najważniejszym ustaleniem zespołu było określenie minimalnej zawartości CO2 niezbędnej do skutecznej erupcji. Dla kimberlitu Jericho w północno-zachodniej Kanadzie wartość ta wynosi dokładnie 8,2% wagowych dwutlenku węgla. Bez tej konkretnej koncentracji magma pozostaje zbyt gęsta, by przebić się przez granicę między płaszczem a skorupą ziemską.
Czytaj też: Campi Flegrei drży częściej, niż sądzono. AI odkrywa sekrety włoskiego wulkanu
Wszystkie badane stopy kimberlitowe wykazują dodatnią wyporność poniżej dolnej skorupy kontynentalnej, ale dopiero odpowiednia ilość CO2 daje im wystarczającą siłę do kontynuowania podróży. Co ciekawe, stopy o największej zawartości substancji lotnych mogą transportować na powierzchnię nawet 44% fragmentów skał płaszczowych. Znaczenie tych badań wykracza poza sam transport diamentów. Kimberlity odgrywają kluczową rolę w głębokim cyklu węglowym Ziemi, przenosząc węgiel i wodór z płaszcza na powierzchnię.
Perspektywy zastosowań i ograniczenia odkrycia
Zrozumienie mechanizmów rządzących tymi erupcjami pomaga naukowcom lepiej pojąć, jak nasza planeta przetwarza i transportuje pierwiastki chemiczne między warstwami. Są to procesy trwające miliardy lat, które mają fundamentalne znaczenie dla geologicznej ewolucji Ziemi. Zarazem należy mieć na uwadze ograniczenia metody modelowania. Symulacje komputerowe, choć niezwykle zaawansowane, wciąż są tylko przybliżeniem rzeczywistych warunków panujących w głębi Ziemi. Prawdziwym testem dla tych teorii będą przyszłe badania terenowe i analizy próbek z głębszych odwiertów. Mimo to, zrozumienie mechanizmu transportu diamentów otwiera nowe możliwości badania procesów zachodzących w niedostępnych rejonach naszej planety.