Diamanter som bildades djupt i jordens mantel innehåller bevis på kemiska reaktioner som inträffade på havsbotten. Att undersöka dessa pärlor kan hjälpa geovetare att förstå hur material utbyts mellan planetens yta och dess djup.

Nytt verk publicerat i Vetenskapliga framsteg bekräftar att serpentinit - en sten som bildas från peridotit, den främsta bergarten i jordens mantel, när vatten tränger in i sprickor i havsbotten - kan bära ytvatten så långt som 700 kilometer djupt av platttektoniska processer.

"Nästan alla tektoniska plattor som utgör havsbotten böjer sig så småningom och glider ner i manteln - en process som kallas subduktion, som har potential att återvinna ytmaterial, som vatten, in i jorden, "förklarade Carnegies Peng Ni, som ledde forskningsinsatsen med Evan Smith från Gemological Institute of America.

Serpentinit som finns inne i subdukterande plattor kan vara en av de mest betydande, ännu dåligt känd, geokemiska vägar genom vilka ytmaterial fångas upp och transporteras in i jordens djup. Förekomsten av djupt subdukterade serpentiniter misstänktes tidigare-på grund av Carnegie- och GIA-forskning om blå diamanters ursprung och den kemiska sammansättningen av utbrutna mantelmaterial som utgör mid-ocean åsar, sömmar, och havsöar. Men bevis som visar denna väg hade inte bekräftats fullt ut förrän nu.

Forskargruppen - som också inkluderade Carnegies Steven Shirey, och Anat Shahar, liksom GIA:s Wuyi Wang och Stephen Richardson från University of Cape Town - hittade fysiska bevis för att bekräfta denna misstanke genom att studera en typ av stora diamanter som har sitt ursprung djupt inne i planeten.

"Några av de mest kända diamanterna i världen hör till denna speciella kategori av relativt stora och rena ädelstenar, som den världsberömda Cullinan, "Smith sa." De bildar mellan 360 och 750 kilometer ner, minst lika djupt som övergångszonen mellan övre och nedre manteln. "

Ibland innehåller de inneslutningar av små mineraler fångade under diamantkristallisering som ger en inblick i vad som händer på dessa extrema djup.

"Att studera små prover av mineraler som bildats under djup diamantkristallisation kan lära oss så mycket om mantelens sammansättning och dynamik, eftersom diamant skyddar mineralerna från ytterligare förändringar på deras väg till ytan, "Förklarade Shirey.

I det här fallet, forskarna kunde analysera isotopkompositionen av järn i de metalliska inneslutningarna. Liksom andra element, järn kan ha olika antal neutroner i sin kärna, som ger upphov till järnatomer med lite olika massa, eller olika "isotoper" av järn. Att mäta förhållandena mellan "tunga" och "lätta" järnisotoper ger forskare ett slags fingeravtryck av järnet.

Diamantinkluderingarna som studerats av teamet hade ett högre förhållande mellan tunga och lätta järnisotoper än vad som vanligtvis finns i de flesta mantelmineraler. Detta indikerar att de förmodligen inte härstammar från geokemiska processer på djupet av jorden. Istället, den pekar på magnetit och andra järnrika mineraler som bildades när oceanisk platta peridotit omvandlades till serpentinit på havsbotten. Denna hydrerade sten subducerades så småningom hundratals kilometer ner i mantelövergångszonen, där dessa speciella diamanter kristalliserade.

"Våra fynd bekräftar en lång misstänkt väg för återvinning på djupet, tillåter oss att spåra hur mineraler från ytan dras ner i manteln och skapa variation i dess sammansättning, "Avslutade Shahar.