De Jordens mantel Den representerer mer enn 80 % av volumet på planeten vår, men dens dypeste områder forblir fullstendig utilgjengelige for menneskelig teknologi. De nedre mantelsom strekker seg fra omtrent 660 til 2900 kilometer dyp, kan ikke nås direkte: vår kunnskap om sammensetningen stammer derfor først og fremst fra teoretiske modellerhøytrykkseksperimenter, indirekte geofysiske simuleringer og observasjoner. Å åpne et vindu mot denne ellers uoppnåelige delen av jorden er de såkalte superdype diamantereller sub-litosfærisk.
I motsetning til de fleste diamanter, som er dannet i litosfæren på ca. 150-200 kilometer dyp, har disse svært sjeldne edelstene sin opprinnelse i overgangssonemellom omtrent 410 og 660 kilometer, og inn nedre mantel. Under krystallisering, utsatt for ekstreme trykk og temperaturersuperdype diamanter kan inkorporere mikroskopiske deler av mineralene som er tilstede i det omkringliggende miljøet, i karbongitteret deres.
Strukturen deres beskytter dem mot transformasjonene de normalt ville gjennomgått under oppstigningen, og i noen tilfeller til og med bevarer deres krystallinske struktur. Transporteres til overflaten av vulkanutbrudd drevet av kimberlittiske magmaer – de som gir opphav til diamantforekomster – viser seg dermed å være ekte geologiske tidskapsler. Et eksempel på dette er davemaoitt, identifisert i 2021 inne i en diamant: et lavere mantelmineral som inntil da bare hadde blitt observert i laboratoriet.
Superdype diamanter bringer tidligere usynlige mineraler til overflaten i sin naturlige tilstand
Siden dagens teknologi ikke tillater graving utover noen få dusin kilometer (den berømte Kola-brønnen i Russland nådde bare 12 km), har jordens indre lenge blitt studert nesten utelukkende gjennom forplantning av seismiske bølger. Superdype diamanter åpner for nye muligheter for etterforskning. De dannes ved skremmende trykk og temperaturer, og absorberer små deler av det omkringliggende kjemiske miljøet. Under den påfølgende oppstigningen til overflaten, beskytter diamantens ekstremt motstandsdyktige struktur dem, og hindrer mineralene som er fanget inne i å brytes ned eller endre fase og lar dem nå laboratoriene våre intakte. Det er nettopp ved å analysere disse ekstraordinære prøvene at vitenskapen var i stand til å observere for første gang mineraler aldri funnet først i naturen.
Blant de mest relevante funnene er davemaoiteen høytrykksform av kalsiumsilikat (CaSiO₃) identifisert i 2021 av mineralogteamet Oliver Tschauner fra University of Nevada i Las Vegas. Mineralet, oppkalt til ære for geofysikeren Ho-kwang «Dave» Mao, hadde inntil da bare blitt teoretisert og syntetisert i laboratoriet, siden dets atomstruktur blir ustabil ved atmosfærisk trykk.
Som Tschauner selv fremhevet i studien publisert på Vitenskap:
Davemaoittprøven i sin naturlige tilstand demonstrerer eksistensen av komposisjonell heterogenitet i den nedre mantelen. Våre observasjoner indikerer også at davemaoitt også inkorporerer kalium i sin struktur, i tillegg til uran og thorium. Følgelig påvirker dens overflod på regional og global skala varmebalansen til den dype mantelen, der mineralet er termodynamisk stabilt.
Nye ledetråder til sammensetningen av mantelen
Studiet av inneslutninger i superdype diamanter har ført til identifisering av andre Stabile mineralfaser ved høyt trykkinkludert bridgmanitt, og til og med bittesmå vanninneslutninger i form av is VIIen spesiell krystallinsk struktur som bare dannes ved høye trykk. Dette beviset indikerer at vannet som er tilstede på overflaten kan bli dratt til dybden av subduksjon av havplatene og når i det minste overgangssonen, kanskje enda lenger ned. Dette er en viktig ledetråd til kontinuumet utveksling av materie mellom jordoverflaten og de dype områdene på planeten.
Som geologen oppsummerte Evan Smith av Gemological Institute of America (GIA):
Diamanter er bokstavelig talt romfartøy i revers: i stedet for å bringe oss prøver fra andre planeter, bringer de oss prøver fra utilgjengelige verdener som ligger rett under føttene våre.
Disse bittesmå prøvene lar deg deretter foredle kjemiske og termiske modeller av mantelen og for bedre å forstå hvordan materialer og elementer omfordeles i jordens dyp. De nyeste teknikkene basert på lasere og røntgenstråler gjør det også mulig å analysere stadig mindre inneslutninger, noe som avslører en mineralogisk mangfold av mantelen bredere enn det var mulig å rekonstruere gjennom teoretiske modeller og laboratorieeksperimenter alene.
