Okazuje się, że te szlachetne kamienie to coś znacznie więcej niż tylko ozdoby – to prawdziwe geologiczne kapsuły czasu, które potrafią przechowywać informacje o warunkach panujących setki kilometrów pod naszymi stopami. Najnowsze odkrycia rzucają nowe światło na to, co naprawdę dzieje się w głębi Ziemi.
Pierwsze naturalne dowody na stopy niklu w płaszczu
Badacze z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie dokonali przełomowego odkrycia, znajdując pierwsze naturalne potwierdzenie obecności stopów bogatych w nikiel w głębokim płaszczu Ziemi. Mikroskopijne inkluzje uwięzione w diamentach z południowoafrykańskiej kopalni Voorspoed zawierały zarówno nanocząsteczki metalicznego niklu i żelaza, jak i większe inkluzje węglanów bogatych w ten pierwiastek.
Te szczególne diamenty powstały na głębokościach od 280 do 470 kilometrów, czyli w strefie gdzie panują temperatury przekraczające 1500 stopni Celsjusza oraz ciśnienie sięgające 130 tysięcy atmosfer. Co ciekawe, odkrycie to potwierdza teoretyczne modele opracowane dziesiątki lat temu, które przewidywały istnienie takich stopów na głębokościach około 250-300 kilometrów.
Czytaj także: Czerwone diamenty rzadsze niż myślisz. Na świecie istnieje tylko około 30 takich klejnotów
Skład mineralny tych inkluzji okazał się niezwykle złożony. Naukowcy zidentyfikowali między innymi koesyt, ulvöspinel, piroksen Na-Al oraz fazę Na-NAL. Szczególnie wartościowe okazało się odkrycie deltaazotu, dwutlenku węgla i molekularnego azotu w stanie stałym, co pozwoliło na precyzyjne odtworzenie ekstremalnych warunków panujących podczas formowania się tych struktur.
Diamenty jako geologiczne kapsuły czasu
Unikalna zdolność diamentów do zachowywania chemicznych „migawek” z głębi Ziemi wynika z ich niezwykłej stabilności. Działają one jak naturalne kapsuły, które zabezpieczają delikatne struktury przed zmianami, jakie zaszłyby w wyniku ponownego dostosowania się do warunków otoczenia.
Współwystępowanie bogatego w nikiel metalu oraz węglanów wskazuje na specyficzny proces nazywany „zamrażaniem redoks”. Polega on na tym, że utleniony stop węglanowo-krzemianowy przenika do zredukowanego perydotytu, prowadząc do charakterystycznego wzbogacenia w nikiel i jednoczesnego wzrostu diamentów.
Stan redoks płaszcza Ziemi, regulowany głównie przez stopień utlenienia żelaza i węgla, wpływa na kluczowe parametry fizyczne i chemiczne całej tej warstwy. Badania sugerują stopniowy spadek ilości tlenu wraz ze wzrostem głębokości do około 250 kilometrów, z dalszym przewidywanym obniżeniem związanym ze stabilizacją bogatych w nikiel stopów metalicznych.
Mechanizm powstawania tych wzbogaceń polega na reakcji między utlenionym stopem karbonatytowym a zredukowanym perydotytem zawierającym metal. Podczas tego procesu żelazo utlenia się preferencyjnie względem niklu, co prowadzi do powstania stopu resztkowego wzbogaconego właśnie w nikiel.
Implikacje dla dynamiki Ziemi i magmatyzmu
Odkrycie to ma znaczące konsekwencje dla naszego rozumienia dynamiki płaszcza oraz procesów magmatycznych zachodzących w głębi planety. Obecność głębokich stopów karbonatytowo-krzemionkowych, które okresowo utleniają niewielkie fragmenty płaszcza, może tłumaczyć powstawanie kimberlitów i bazaltów alkalicznych.
Jeśli lokalne reakcje metasomatyczne rzeczywiście okresowo utleniają małe części płaszcza, mogłoby to wyjaśniać, dlaczego niektóre inkluzje w innych supergłębokich diamentach rejestrują zaskakująco wysokie utlenione warunki. Takie procesy rzucają również światło na pochodzenie magm bogatych w substancje lotne.
Wzbogacenie peridotytu płaszcza w węglany, potas i pierwiastki niekompatybilne podczas tych zdarzeń redoks mogłoby przygotowywać grunt pod późniejsze formowanie się kimberlitów, lamprofirów, a nawet niektórych bazaltów wysp oceanicznych.
Chociaż wcześniejsze obserwacje granatów z głębokości 250-500 kilometrów wskazywały na bardziej utlenione warunki, to dopiero teraz udało się znaleźć naturalne dowody na istnienie bogatych w nikiel stopów na tych głębokościach.
Perspektywy dalszych badań
To odkrycie stanowi kamień milowy w geochemii, będąc pierwszym naturalnym potwierdzeniem obecności stopów bogatych w nikiel na głębokościach przewidywanych przez teorię. Dostarcza nam żywej ilustracji tego, jak krajobraz redoks Ziemi ewoluuje poprzez interakcję stopu ze skałą.
Trzeba jednak przyznać, że to dopiero początek drogi. Choć odkrycie jest niezwykle obiecujące, wciąż pozostaje nwiele pytań bez odpowiedzi. Diamenty z Voorspoed dają nam jedynie migawkę z konkretnego miejsca i czasu – nie wiemy jeszcze, na ile te procesy są powszechne w skali całej planety.
Czytaj także: Zwykła cząsteczka adamantanu zamienia się w cenny diament. Japończycy odkryli tajemnicę transformacji
Warto zachować zdrowy sceptycyzm, ale jednocześnie docenić wagę tego odkrycia. Diamenty okazują się być niezastąpionym narzędziem do badania wnętrza Ziemi, oferując jeden z nielicznych naturalnych zapisów warunków panujących setki kilometrów pod powierzchnią. Kolejne badania z pewnością przyniosą jeszcze więcej fascynujących informacji o procesach kształtujących naszą planetę od miliardów lat.