W tych kamieniach szlachetnych naukowcy odkryli równocześnie występujące utlenione minerały węglanowe i zredukowane stopy niklu. Dotychczas naukowcom wydawało się, że ich współistnienie jest niemal niemożliwe. Można zatem ten stan porównać do sytuacji, w której kwas i zasada nagle przestają ze sobą reagować. To odkrycie rzuca nowe światło na warunki panujące w głębi Ziemi.
Migawka z głębin Ziemi
Inkluzje te działają jak swoiste kapsuły czasu, utrwalające środkowy etap reakcji chemicznej prowadzącej do powstawania diamentów. Po raz pierwszy udało się zaobserwować proces, w którym diamenty krystalizują podczas interakcji między minerałami węglanowymi a zredukowanymi metalami w płaszczu Ziemi.
Yaakov Weiss z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie przyznaje, że jego zespół był tak zaskoczony wynikami, że początkowo odłożył próbki na rok, nie wiedząc, jak interpretować tak sprzeczne dane. Reakcje te prawdopodobnie zachodzą, gdy płyny węglanowe są wciągane w głąb przez subdukujące płyty tektoniczne, co z kolei powoduje kontakt minerałów bogatych w tlen ze stopami metali płaszcza.
Głębsze niż sądziliśmy
Nowe próbki pochodzą z imponujących głębokości od 280 do 470 kilometrów pod powierzchnią Ziemi, stanowiąc pierwszą bezpośrednią weryfikację teoretycznych modeli chemii płaszcza na takich głębokościach. Dotychczas naukowcy dysponowali danymi empirycznymi jedynie z głębokości do 200 kilometrów, a cała nasza wiedza o wszystkim poniżej tej granicy opierała się wyłącznie na obliczeniach teoretycznych.
Obecność utlenionych materiałów na tak znacznych głębokościach sugeruje, że skały kimberlitowe – te, które wynoszą diamenty na powierzchnię podczas gwałtownych erupcji – mogą pochodzić z głębokości większej niż 300 kilometrów. To dość radykalna zmiana w dotychczasowych założeniach geologów.
Woda głęboko pod powierzchnią
Jeden z diamentów z Botswany zawiera inkluzję minerału ringwoodytu pochodzącego z głębokości 660 kilometrów – z granicy między górnym a dolnym płaszczem Ziemi. Ten niezwykle rzadki minerał wskazuje na obecność znacznych ilości wody w płaszczu, porównywalnych z oceanicznymi zasobami powierzchniowymi.
Czytaj także: Zwykła cząsteczka adamantanu zamienia się w cenny diament. Japończycy odkryli tajemnicę transformacji
Woda ta nie tworzy podziemnych oceanów w tradycyjnym rozumieniu, lecz jest chemicznie związana w strukturze minerałów. Mimo to odgrywa kluczową rolę w procesach topnienia płaszcza i wpływa na tektonikę płyt oraz aktywność wulkaniczną. Jeśli strefa przejściowa płaszcza jest rzeczywiście w dużej mierze uwodniona, ilość wody zmagazynowanej w głębi Ziemi może z łatwością przewyższać wodę na powierzchni planety.
Nowe informacje o powstawaniu diamentów?
Inkluzje bogate w nikiel mogą również pomóc wyjaśnić długotrwałą zagadkę: dlaczego atomy niklu sporadycznie zastępują węgiel w sieci krystalicznej niektórych diamentów, mimo ogromnej różnicy mas. Badania ujawniają wzorzec, w którym erupcje kimberlitowe następują 22-30 milionów lat po rozpoczęciu rozpadu superkontynentów.
Co ciekawe, te erupcje często występują w centrach kontynentów, nie na ich krawędziach, i wydają się migrować z krawędzi ryftów w kierunku wnętrza mas lądowych. Mechanizm ten polega na ścieńczeniu podstawy skorupy kontynentalnej podczas rozciągania płyt, co prowadzi do niestabilności i mieszania skał bogatych w wodę i dwutlenek węgiel z minerałami kimberlitowymi.
Perspektywy dalszych badań
Odkrycie opublikowane w periodyku Nature Geoscience otwiera nowy rozdział w badaniach wnętrza Ziemi. Diamenty, które przez miliardy lat spoczywały w podstawach kontynentów, okazują się być wyjątkowymi kapsułami czasu, przechowującymi informacje o procesach chemicznych zachodzących w najbardziej niedostępnych regionach naszej planety.
Choć entuzjazm naukowców jest zrozumiały, warto zachować zdrowy sceptycyzm. Każde nowe odkrycie w geologii wymaga potwierdzenia przez niezależne zespoły badawcze i dodatkowe analizy. Mimo to nie da się ukryć, że mamy do czynienia z potencjalnie przełomowym momentem w naszym rozumieniu tego, co dzieje się głęboko pod naszymi stopami.