Oavsett om de finns i en förlovningsring eller ett antikt halsband, diamanter genererar vanligtvis snabba reaktioner från sina mottagare. Nu, ny forskning visar djupt inne i jorden, snabba reaktioner mellan subducerade tektoniska plattor och manteln på specifika djup kan vara ansvariga för att generera de mest värdefulla diamanterna.

De diamanter som bryts oftast runt om i världen bildas i jordens mantel på djup av cirka 150-250 kilometer (93-155 miles). De skapas av extremt tryck och temperatur på minst 1050 grader Celsius (1922 grader Fahrenheit). Endast en liten mängd av dessa diamanter tar sig till brytbara områden eftersom de flesta förstörs i processen att nå jordskorpan via vulkanutbrott med djupa källor.

Men en liten del av minerade diamanter, kallas sublitosfäriska eller superdjupa diamanter, bildas på mycket djupare djup än andra, mestadels i två rika zoner på djup av 250-450 kilometer (155-279 miles) och 600-800 kilometer (372-497 miles). Dessa diamanter sticker ut från andra på grund av deras sammansättning, som ibland innehåller material från den djupa jorden som majoritgranat, ferroperiklas och bridgemanit.

"Även om det bara utgör 1 procent av de totala utvunna diamanterna, det verkar som om många stora och högrena diamanter är superdjupa diamanter, så de har bra värde som pärlor, " sa Feng Zhu, huvudförfattaren till den nya studien i Geofysiska forskningsbrev , en tidskrift från American Geophysical Union, som var postdoktoral geologiforskare vid University of Michigan när han utförde forskningen.

Ingen tidigare teori har helt förklarat orsaken till att väldigt få diamanter har hittats nära ytan från området på djup av 450-600 kilometer (372-497 miles) - området mellan zonerna där de flesta superdjupa diamanter bildas.

Den nya studien försöker förklara detta fenomen. Zhu, nu postdoktor vid University of Hawaii, och hans kollegor tror att de två superdjupa områdena där diamanter bildas är rika på ädelstenar på grund av höga produktionshastigheter. Den nya studien förklarar vad som driver den diamantproducerande reaktionen i vissa områden och vad som bromsar den i andra områden.

Diamantbildning

Enligt författarna, diamanter kan bildas var som helst i manteln, som sträcker sig från cirka 35 till 2, 890 kilometer (21-1, 800 miles) under jordens yta. Dock, människor ser sällan de flesta diamanter som bildas. Mycket få diamanter överlever vulkanresan till jordskorpan där vi kan prova dem.

Det betyder att chanserna att hitta diamanter från djupa områden i manteln, som producerar relativt få av ädelstenarna, är extremt liten. Endast 1 procent av minerade diamanter kommer från superdjupa regioner.

"I vår hypotes, produktionen av diamanter på alla djup i manteln är möjlig, det är bara att produktionshastigheten är annorlunda, så de har en annan chans att ta prov i skorpan, " sa Zhu.

Skapar diamanter

För att efterlikna det extrema trycket som upplevs djupt inne på planeter, studiens författare använde diamantstädceller och en 1, 000-tons multi-städapparat vid University of Michigan. Båda dessa enheter gör det möjligt för forskare att komprimera material i submillimeterstorlek vid extrema tryck. De komprimerade magnesiumkarbonatpulver med järnfolie i extrem hetta och lyckades skapa minimala diamantkorn som var synliga genom svepelektronmikroskop.

De fann att när förhållandena är de rätta, diamantkorn kan bildas så snabbt som varannan minut, och det tog aldrig längre tid än några timmar att bilda, även om tillväxten av ädelstensdiamanter kan ta mycket längre tid i en verklig smältvätskemiljö.

I den grundare regionen rik på superdjup diamantbildning, 250-450 kilometer (155-279 miles) ner, en subducerande tektonisk platta trycker in under jordens mantel. Detta ger gott om karbonat, som skapar "fabriker på ett löpande band" för diamanter i kombination med järnet från manteln, sa författarna.

Höga temperaturer främjar reaktioner som bildar diamanter, men tryck gör tvärtom. På djup ungefär 475 kilometer (295 miles) under ytan, trycket ökar, och reaktionerna saktar ner drastiskt, sa författarna. Det är därför få diamanter hittas nära jordytan som kommer från mellan 450-600 kilometer (372-497 miles).

"När ditt tryck når det diamantstabila området, det kommer att bildas. Men när du ökar trycket kommer det att bildas i lägre hastigheter. Du har en avvägning där, " sa Zhu.

Ett undantag från denna regel är i det djupare området 600-800 kilometer (372-497 miles) under ytan. I denna region, ackumulering av karbonat på grund av stagnation av tektoniska plattor som trycker nedåt kompenserar för överdosen i tryck. Så medan reaktionerna saktar ner, högre temperaturer och ett överflöd av karbonat ger en diamantrik region.

Zhu sa att den nya studien bidrar till forskarnas förståelse av jordens mantel, som man säkert vet relativt lite om.

"Superdjupa diamantinneslutningar ger oss de enda mineralproverna från jordens djupa mantel, " sade han. "Se är att tro, och dessa inneslutningar ger en solid grund för studierna om den otillgängliga manteln."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av AGU Blogs (http://blogs.agu.org), en gemenskap av jord- och rymdvetenskapsbloggar, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.