Jak powstały najrzadsze diamenty na świecie?

Większość diamentów jest wykonana z węgla poddawanego wielokrotnemu recyklingowi między powierzchnią Ziemi a jej skorupą. Ale diamenty o najgłębszym pochodzeniu – takie jak słynny Diament Hope – są wykonane z węgla z innego źródła: nowo odkrytego, starożytnego zbiornika ukrytego w dolnym płaszczu Ziemi, naukowcy donoszą 10 września w Nature.

Chemiczne wskazówki w tych supergłębokich diamentach sugerują, że istnieje wcześniej nieznana granica tego, jak głęboko obieg węgla na Ziemi sięga. Zrozumienie tej części cyklu węgla – w jaki sposób i gdzie węgiel przemieszcza się do wnętrza planety i z niej – może pomóc naukowcom zrozumieć zmiany klimatu planety na przestrzeni wieków – twierdzą naukowcy.

Diamenty formują się na różnych głębokościach, zanim trafią na powierzchnię, gdzie są odkopywane. „Większość znanych ludziom diamentów pochodzi z górnych 250 kilometrów planety” – mówi Margo Regier, geochemik z University of Alberta w Edmonton. Diamenty „supergłębokie” pochodzą z co najmniej 250 kilometrów pod ziemią i „są naprawdę dość rzadkie” – mówi Regier. Ale najrzadsze są diamenty, które tworzą się aż 700 kilometrów w dół, w niższym płaszczu.

„Często są to jedne z największych, jakie można znaleźć, jak Diament Hope” – mówi Regier. Te najgłębsze, wysoko cenione diamenty są również bezcenne z naukowego punktu widzenia, oferując rzadkie okno na niższy płaszcz. Na przykład drobne niedoskonałości zachowane w niektórych diamentach zawierają skarby geologiczne: najgłębszą formę wody wewnątrz Ziemi, a nawet niektóre z najstarszych zachowanych materiałów na planecie.

Źródło węgla w tych najgłębszych diamentach było tajemnicą, ale naukowcy zastanawiali się, czy pochodzi on z subdukcji płyt tektonicznych Ziemi. Gdy jedna płyta wsuwa się pod drugą i tonie w płaszczu, przenosi węgiel z powierzchni do wnętrza, kluczowa część cyklu węgla. Część węgla w końcu powraca na powierzchnię poprzez wybuchające wulkany lub w postaci diamentów, podczas gdy część zostaje zatrzymana w głębokiej skorupie lub w górnym płaszczu. Sekwestracja węgla przez subdukcję mogła odegrać kluczową rolę w tworzeniu przestrzeni dla gromadzenia się tlenu w ziemskiej atmosferze, torując drogę dla Katastrofy tlenowej (Great Oxidation Event) około 2,3 miliarda lat temu.

Diamenty i ich inkluzje – maleńkie odłamki skały, które zostają osadzone w strukturach kryształu w miarę formowania się diamentów – dostarczają błyszczących wskazówek dotyczących środowiska, w którym powstały. Dlatego Regier i współpracownicy zbadali diamenty, które utworzyły się w skorupie, górnym płaszczu i dolnym płaszczu, szukając chemicznych śladów subdukcji skorupy. W tym celu zespół przeanalizował izotopy – różne formy pierwiastka – węgla i azotu w diamentach, a także izotopy tlenu w inkluzji.

Względne ilości tych form elementarnych wskazują na skład chemiczny magmy, w której krystalizowały się diamenty. Na przykład diamenty, które utworzyły się w skorupie i górnym płaszczu, miały inkluzje wzbogacone w tlen-18 – co sugeruje, że kamienie szlachetne wykrystalizowały z magmy utworzonej z subdukcji skorupy oceanicznej.

„Wszystkie izotopy opowiadają tę samą historię w inny sposób” – mówi Regier. „Węgiel, azot i tlen, wszyscy mówią, że subdukcyjne płyty są w stanie transportować węgiel i podobne pierwiastki na podobną głębokość w płaszczu. Ale na głębokości od 500 do 600 kilometrów większość tego węgla jest tracona przez magmę”, która wznosi się z powrotem na powierzchnię, mówi. „Następnie płyty są stosunkowo zubożone w węgiel”.

Skład chemiczny diamentów z głębszych niż 660 kilometrów znacznie różnił się od składu płytszych diamentów. Te „formują się w inny sposób, niż węgiel już zmagazynowany w płaszczu” – mówi Regier. „Najgłębsze próbki musiały być [wykonane] z pierwotnego węgla, który nigdy nie uciekł z planety”.

Odkrycie sugeruje również, jak głęboko węgiel z powierzchni może być pochowany we wnętrzu planety. Regier mówi, że jedną z konsekwencji tego jest to, że poddaje to w wątpliwość, czy subdukcja była w stanie pogrzebać węgiel głęboko i wystarczająco długo, by stać się siłą napędową Katastrofy tlenowej (Great Oxidation Event).

Ale subdukcja płyt nie musi przenosić węgla aż do niższego płaszcza, aby go sekwestrować lub mieć głęboki wpływ na klimat Ziemi, mówi Megan Duncan, petrolog z Virginia Tech w Blacksburgu. „Węgiel nie musi schodzić tak nisko” – mówi Duncan. „Wystarczy go usunąć z powierzchni, aby uzyskać efekt wzrostu tlenu”.

Regier przyznaje, że związek między subdukcją a wzrostem ilości tlenu na starożytnej Ziemi pozostaje nadal otwartą kwestią. „Ziemia jest złożona… [a] fakt, że mamy próbki, które mówią nam o cyklu węgla w głębi planety, jest ekscytujący” – dodaje. „Mówi się, że jest wiele rzeczy, których nie rozumiemy na temat naszej planety”.

Źródło: Carolyn Gramling

M.E. Regier et alThe lithospheric-to-lower-mantle carbon cycle recorded in superdeep diamondsNature. Vol. 585, September 10, 2020, p. 234. doi: 10.1038/s41586-020-2676-z.

M.S. Duncan and R. Dasgupta. Rise of Earth’s atmospheric oxygen controlled by ancient subduction of organic carbonNature Geoscience. Vol. 10, May 2017, p. 387. doi: 10.1038/ngeo2939.

Zdjęcia: SMITHSONIAN NATIONAL MUSEUM OF NATURAL HISTORY

 

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x