Η ιστορία των 13 διαμαντιών και των εγκλεισμάτων τους

Το διαμάντι Excelsior 972 καρατίων (194,4 g), το μεγαλύτερο που βρέθηκε στο ορυχείο Jagersfontein. Από τον Edwin W. Streeter.

Το διαμάντι είναι ένα πολύ ιδιαίτερο ορυκτό: όχι μόνο είναι ο πιο σκληρός φυσικός κρύσταλλος και ένας από τους πιο όμορφους, αλλά είναι επίσης το βαθύτερο ορυκτό που βρίσκεται στην επιφάνεια της Γης. Ενώ σχηματίζεται στον μανδύα της Γης,  μπορεί να εγκλωβίσει μικρά κομμάτια περιβάλλοντος υλικού, μικρούς κρυστάλλους ορυκτών του μανδύα, τα οποία στη συνέχεια μπορεί να μεταφέρει με ασφάλεια εκατοντάδες χιλιόμετρα μέχρι την επιφάνεια, όταν το διαμάντι συλλέγεται από το ανερχόμενο μάγμα. Τα εγκλείσματα στο διαμάντι είναι συνήθως πολύ μικρά (δεκάδες έως εκατοστό του χιλιοστού), αλλά είναι τα μόνα διαθέσιμα δείγματα του μανδύα της Γης από βάθη >250 km και, επομένως, έχουν μια πολύ ενδιαφέρουσα ιστορία να διηγηθούν.

Αυτή εδώ είναι μια ιστορία δεκατριών εγκλεισμάτων γρανάτη σε διαμάντια από τον κιμπερλίτη Jagersfontein στη Νότια Αφρική. Βρέθηκαν από τον Δρ Τζεφ Χάρις (Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης) και αργότερα μελετήθηκαν από τον καθηγητή Thomas Stachel (Πανεπιστήμιο της Αλμπέρτα), αυτά τα εγκλείσματα ήταν μικρά, πορτοκαλί χρώματος και έμοιαζαν με τους περισσότερους άλλους γρανάτες που περικλείονται από διαμάντια. Ωστόσο, όταν αυτοί οι γρανάτες εκτέθηκαν στην επιφάνεια και αναλύθηκαν ως προς τη σύνθεσή τους, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι περιείχαν αυξημένη ποσότητα πυριτίου, υποδεικνύοντας ότι αυτοί οι συγκεκριμένοι κρύσταλλοι προέρχονταν από πολύ μεγαλύτερα βάθη από τους κοινούς, κυμαινόμενα από 250-550 χλμ. Αυτή ήταν μια σπουδαία ανακάλυψη, καθώς μέχρι σήμερα δεν έχουν βρεθεί περισσότερα από 200 εγκλείσματα γρανάτη από αυτά τα βάθη, τα περισσότερα από τα οποία δεν ήταν διαθέσιμα για μελλοντικές μελέτες.

Η πρώτη λεπτομερής μελέτη αυτών των εγκλεισμάτων πραγματοποιήθηκε στα μέσα της δεκαετίας του 2000, όταν οι Tappert et al. (2005) ερεύνησαν την προέλευση του άνθρακα στα διαμάντια που περικλείουν αυτούς τους γρανάτες. Προς έκπληξή τους, προέκυψε ότι αυτός ο άνθρακας προέρχεται σε μεγάλο βαθμό από οργανικά συστατικά που θα μπορούσαν να έχουν προέλθει μόνο από τον ωκεάνιο φλοιό, υποβιβασμένο στο βαθύ μανδύα, ίσως πριν από δισεκατομμύρια χρόνια .

Εάν ο άνθρακας που αποτελεί τα διαμάντια ήταν από την επιφάνεια, τι γίνεται με τα εγκλείσματα του γρανάτη;

Χρειάστηκαν άλλα 10 χρόνια μέχρι ο Ickert et al. (2015) ανέλυσε τα ισότοπα οξυγόνου των γρανάτων και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι και αυτό το υλικό προήλθε τελικά από τον ωκεάνιο φλοιό που βρισκόταν στην επιφάνεια της Γης προτού επιστραφεί στον βαθύ μανδύα. Πόσο συναρπαστικό είναι να συνειδητοποιούμε ότι το υλικό από το οποίο σχηματίζονται οι γρανάτες μας, έκανε τουλάχιστον δύο πλήρεις κύκλους: αρχικά ήταν μέρος του μανδύα, στη συνέχεια εξερράγη στην επιφάνεια για να γίνει ένας βασάλτης στη μέση του ωκεανού, στη συνέχεια μεταφέρθηκε πίσω στον μανδύα μέσω υποβύθισης και τελικά ανέβηκε στην επιφάνεια ως εγκλείσματα σε διαμάντι!

Όμως η ιστορία δεν τελειώνει εδώ. Το 2018, οι Kiseeva et al. (2018) μελέτησαν την κατάσταση οξείδωσης του σιδήρου σε αυτούς τους γρανάτες, αναφέροντας το πρώτο εύρημα εξαιρετικά οξειδωμένου σιδήρου σε φυσικά δείγματα που προέρχονται από τη ζώνη μετάβασης του μανδύα (το στρώμα του μανδύα μεταξύ 410 και 660 km βάθος). Οι ερευνητές υπέθεσαν ότι μέσω της αντίδρασης με ανθρακικό επιφανειακό άλας, ο σίδηρος Fe2+ σε αυτούς τους γρανάτες θα μπορούσε να είχε μετατραπεί με πίεση σε περισσότερο οξειδωμένο σίδηρο Fe3+, με αποτέλεσμα ένα πολύ υψηλό ποσοστό (έως 30%) σιδήρου υψηλής οξείδωσης. Αυτή ήταν μια πραγματικά εκπληκτική ανακάλυψη.

Εάν πράγματι, υπάρχει πολύ οξειδωμένο υλικό στον βαθύ μανδύα και τη ζώνη μετάβασης της Γης, θα ήταν δυνατό να εντοπιστεί με σεισμικές μετρήσεις; Αυτή ήταν η επόμενη ερώτηση που απάντησαν οι επιστήμονες. Το 2019, οι ερευνητές μελέτησαν τις ηχητικές ταχύτητες αυτών των γρανάτων.Τα αποτελέσματα ήταν αδιαμφισβήτητα: αυτή η διαφορετική μορφή σιδήρου θα ήταν «αόρατη» στις σεισμικές μετρήσεις, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσε να υπάρχει μεγάλη αναλογία οξειδωμένου υλικού στον μανδύα της Γης, μη ανιχνεύσιμη από γεωφυσικές μετρήσεις.

Μέχρι σήμερα, οι δεκατρείς εγκλεισμοί γρανάτη από το Jagersfontein μας έχουν ήδη δώσει μια πληθώρα πληροφοριών σχετικά με τη σύνθεση του μανδύα της Γης και τη λειτουργία των τεκτονικών βαθιών πλακών, και πιστεύω ότι έχουν ακόμα πολλά να μοιραστούν.

Γεωδίφης  με πληροφορίες από το The Geological Society of London 

Περισσότερα,

1.Diamond windows into the deep Earth - Kate Kiseeva

2.https://blog.geolsoc.org.uk/2019/07/10/the-story-of-thirteen-diamonds-and-their-inclusions/

3.https://www.langantiques.com/university/excelsior-diamond/