En rå diamant från Sierra Leone med svavelhaltiga mineralinnehåll. Kredit:Gemological Institute of America.
Livslängden på jordens kontinenter inför destruktiv tektonisk aktivitet är en viktig geologisk bakgrund för livets framväxt på vår planet. Denna stabilitet beror på den underliggande manteln som är fäst vid landmassorna. Ny forskning av en grupp geovetenskapare från Carnegie, Gemological Institute of America, och University of Alberta visar att diamanter kan användas för att avslöja hur en flytande del av manteln under några av kontinenterna blev tjock nog för att ge långsiktig stabilitet.
"Vi har hittat ett sätt att använda spår av svavel från gamla vulkaner som tog sig in i manteln och så småningom in i diamanter för att ge bevis för en särskild process för kontinentbyggande, "förklarade Karen Smit från Gemological Institute of America, huvudförfattare på gruppens papper, som visas den här veckan i Vetenskap . "Vår teknik visar att den geologiska aktivitet som bildade den västafrikanska kontinenten berodde på att platttektonisk rörelse av havskorpan sjönk ner i manteln."
Diamanter kan vara älskade av smyckesamlare, men de är verkligen en geologs bästa vän. Eftersom de har sitt ursprung djupt inne i jorden, små mineralkorn som fångats inuti en diamant, anses ofta vara oönskat i pärlahandeln, kan avslöja detaljer om de förhållanden under vilka den bildades.
"På det här sättet, diamanter fungerar som mineralogiska utsända från jordens djup, "förklarade Carnegies medförfattare Steve Shirey.
Ungefär 150 till 200 kilometer, 93 till 124 miles, under ytan, geologiska formationer som kallas mantelköl fungerar som stabilisatorer för kontinentalskorpan. Materialet som består av dem måste tjockna, stabilisera, och svalna under kontinenten för att bilda en stark, flytande, köl som är grundläggande för att bevara ytmassan mot de obevekliga destruktiva krafterna i jordens tektoniska aktivitet. Men hur detta uppnås har varit en debattfråga i det vetenskapliga samfundet.
"Att lösa detta mysterium är nyckeln till att förstå hur kontinenterna kom till i deras nuvarande inkarnationer och hur de överlever på en aktiv planet, "Shirey förklarade." Eftersom detta är det enda tektoniskt aktiva, stenig planet som vi känner till, Att förstå geologin för hur våra kontinenter bildades är en avgörande del för att urskilja vad som gör jorden beboelig. "
En diamant Sierra Leone med svavelhaltiga mineralinneslutningar som kan lära forskare om hur några av vår planets kontinenter stabiliseras. Kredit:Gemological Institute of America
Vissa forskare tror att mantelkölar bildas genom en process som kallas subduktion, genom vilken oceaniska plattor sjunker från jordens yta till dess djup när en tektonisk platta glider under en annan. Andra tror att köl skapas av en vertikal process där plumes av het magma stiger mycket djupare på jorden.
Ett geokemiskt verktyg som kan upptäcka om källan till en mantelköls smink härstammar från ytplattor eller uppvärmning av djupare mantelmaterial behövdes för att lösa denna debatt. Lyckligtvis, mantelkölar har de perfekta förutsättningarna för diamantbildning. Detta betyder att forskare kan avslöja en kappköls ursprung genom att studera inneslutningar från diamanter som bildades i den.
Forskargruppens analys av svavelrika mineraler, kallas sulfider, i diamanter som bryts i Sierra Leone indikerar att regionen upplevde två subduktionshändelser under sin historia.
De kunde göra detta beslut eftersom kemi för sulfidmineralkornen bara ses i prover från jordens yta för mer än 2,5 miljarder år sedan - innan syre blev så rikligt i vår planets atmosfär. Detta innebär att svavel i dessa mineralinneslutningar en gång måste ha funnits på jordytan och sedan drogs ner i manteln genom subduktion.
Teamets jämförelse med diamanter från Botswana visade liknande bevis på kölskapande genom subduktion. Men jämförelse med diamanter som utvinns från norra Kanada visar inte samma svavelkemi, vilket betyder att mantelkölen i denna region har sitt ursprung på något sätt som inte innehåller ytmaterial.
Gruppens resultat tyder på att förtjockning och stabilisering av mantelkölen under den västafrikanska kontinenten hände när denna del av manteln pressades av kollision med det sjunkande havsbottenmaterialet. Denna metod för kölförtjockning och kontinentstabilisering är inte ansvarig för att bilda kölen under en del av norra Kanada. Sulfidmineralerna inuti kanadensiska diamanter berättar inte för forskarna hur denna köl bildades, bara hur det inte gjorde det.
"Vårt arbete visar att sulfidinneslutningar i diamanter är ett kraftfullt verktyg för att undersöka kontinentens byggprocesser, "Avslutade Smit.
