Närvaron av diamanter i en häll ovanpå en orealiserad guldfyndighet i Kanadas Fjärran Nord speglar föreningen ovanför världens rikaste guldgruva, enligt University of Alberta forskning som fyller i tomrum om de termiska förhållandena i jordskorpan för tre miljarder år sedan.

"De diamanter vi har hittat hittills är små och inte ekonomiska, men de förekommer i forntida sediment som är en exakt analog till världens största guldfyndighet - Witwatersrand Goldfields i Sydafrika, som har producerat mer än 40 procent av det guld som någonsin brutits på jorden, sa Graham Pearson, forskare vid Naturvetenskapliga fakulteten och Kanadas Excellence Research Chair-pristagare i Arctic Resources.

"Diamanter och guld är väldigt konstiga sängkamrater. De dyker nästan aldrig upp i samma sten, så det här nya fyndet kan hjälpa till att försköna den ursprungliga guldfyndighetens attraktivitet om vi kan hitta fler diamanter."

Pearson förklarade att ex-N.W.T. Geological Survey-forskaren Val Jackson uppmärksammade sin grupp på en ovanlig outcropping på den arktiska kusten som har nära likheter med Witwatersrands guldfyndigheter.

Pearson sa att den här klippan, kända som konglomerat, är i grunden erosionsprodukten av gamla bergskedjor som avsätts i flätade flodkanaler.

"De är högenergifyndigheter som är bra på att bära guld, och de är bra på att bära diamanter, " sa han. "Vår känsla var om analogierna är så nära, då kanske det finns diamanter i Nunavut-konglomeratet också."

Pearson sa att det är avgörande att hitta nya diamantfyndigheter i norra Kanada i Kanada som fortsätter att vara värd för en diamantbrytningsindustri på 2,5 miljarder dollar per år.

Så, på en aning, Pearson använde den sista finansieringen av sin Canada Excellence Research Chair som förde honom till U of A, tillsammans med finansiering från Metal Earth Project och National Science Foundation, och — åtföljd av postdoktoral diamantforskare Adrien Vizinet och tidigare U of A-student Jesse Reimink, nu professor vid Penn State University – reste till Nunavut.

Väl framme på platsen, gruppen – med hjälp av Silver Range Resources, vars VD Mike Power också är en U-av A-alumn – förkastade blygsamma 15 kilo av konglomeratet och daterade dessa stenar med den senaste masspektrometriutrustningen vid U of A, som fastställde att deras nedfall var för cirka tre miljarder år sedan.

Gruppen levererade omedelbart sina prover till Saskatchewan Research Council, världsledande på att kvantifiera hur många diamanter som finns i en sten.

Pearson minns det exakta ögonblicket ungefär ett år senare, när rådets Cristiana Mircea, som besöker Edmonton för att lära Diamond Exploration Research Training School (DERTS) elever om identifiering av diamantindikatormineral, sa sakligt till honom att provet gav tre diamanter.

"Min käke träffade golvet, sade Pearson. Normalt skulle folk ta hundratals kilo, om inte massor av prover, att försöka hitta så många diamanter. Vi lyckades hitta diamanter i 15 kilo sten som vi provade med en slägga på en häll.

Även om diamanterna som hittats är ganska små - mindre än en millimeter i diameter - sa han att de geologiska implikationerna är enorma.

Först, Pearson sa att det måste ha funnits kimberlit eller sten som kimberlit för att bära diamanter till jordens yta i den antika jorden - en uppfattning som många människor har tvivlat på.

Kimberlitrör är de passager som tillåter magma att bryta ut diamanter och andra stenar och mineraler från manteln genom jordskorpan och upp på jordens yta.

Det hjälper oss också att förstå under vilka förhållanden dessa märkliga kimberlitstenar kan bildas.

Pearson sa en italiensk kollaboratör, Fabrizio Nestola från University of Padua, lyckades hitta en inneslutning - ett icke-diamantmineral - i ett av diamantproverna. Från det, Suzette Timmerman, en forskare vid Canadian Center for Isotopic Microanalysis och en Banting Postdoctoral Fellowship-mottagare, började bygga en teori om att diamanterna måste härledas från en liten, djup men sval litosfärisk rot, som är den tjockaste delen av kontinentalplattan.

"Det här är något helt oväntat från vad vi tror att förhållandena var för tre miljarder år sedan på jorden, sa Pearson.

Han förklarade att stabila diamanter bara finns i svala delar av manteln, så det antyder att det måste ha varit väldigt djupt, kanske 200 kilometer tjocka kalla rötter under delar av kontinenten mycket tidigt i jordens historia.

Pearson sa trots U of A:s expertis på att dejta diamanter runt om i världen, det finns alltid ett argument om förhållandet mellan inkluderingen och diamantinsättningen.

"Här, Det finns inga argument eftersom vi vet när dessa stenar eroderades på jordens yta, " han sa.

"Det säger oss att det finns en äldre källa, en primär källa till diamanter som måste ha eroderats för att bilda denna diamant-plus-guldfyndighet, " han sa.

Detta innebär också att brytning av diamanter i området inte nödvändigtvis kräver mycket djupa gruvor, om mer ekonomiska hällar av dessa stenar kan hittas.

"Vi gick upp dit på ett flytplan, slog av en stenbit med en slägga och hittade tre diamanter, " sa han. "Det är faktiskt en av de mest häpnadsväckande delarna av denna upptäckt."

Han tillade att provinsregeringen, genom Alberta Innovates, klart realiserade universitet kan hjälpa mycket med att expandera och diversifiera Albertas ekonomi till gruvsektorn.

"Regeringens satsning gör att vi kan jaga gissningar som annars kan vara svåra för industrin att gå och titta på."

Pearson pekade på anslaget för Collaborative Research and Training Experience från Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, som nästan omedelbart förvandlade U till A till världens ledande diamantforskningsinstitution tack vare bildandet av DERTS.

"Alberta har flera potentiella diamantfyndigheter och områden mogna för vidare utforskning, ", sa han. "Jag tror att University of Alberta kan spela en nyckelroll i att hjälpa till att hitta och etablera diamant- och andra mineralgruvor i Alberta."

Pearson sa att mer forskning fortsätter på liknande närliggande hällar som utvecklas av Silver Range Resources i samarbete med Metal Earth Project, Nunavuts regering och Penn State University, för att fastställa omfattningen av diamanterna och guldet i dessa stenar, och de möjliga primära källorna till dessa mineraler.

Studierna, "Mesoarchisk depositionsålder för diamantbärande metasediment av den nordvästra slavkratonen, Nunavut Territory (Kanada)" och "Diamantbärande metasediment pekar på tjocka, Cool litosfärisk rot etablerad av mesoarchean under delar av slavkratonen (Kanada), " kommer att presenteras vid American Geophysical Unions virtuella höstmöte i december.