Diamanter beskrivs ibland som budbärare från den djupa jorden; forskare studerar dem noggrant för att få insikter i de annars otillgängliga djupen från vilka de kommer. Men meddelandena är ofta svåra att läsa. Nu, ett team har kommit på ett sätt att lösa två långvariga pussel:åldrarna för individuella vätskebärande diamanter, och kemin i deras modermaterial. Forskningen har gjort det möjligt för dem att skissera geologiska händelser som sträcker sig mer än en miljard år tillbaka - ett potentiellt genombrott inte bara i studiet av diamanter, men av planetarisk evolution.

Diamanter av ädelstenskvalitet är nästan rena galler av kol. Denna elementära renhet ger dem deras lyster; men det betyder också att de har väldigt lite information om sina åldrar och ursprung. Dock, en del av lägre kvalitet har brister i form av små fickor med vätska - rester av de mer komplexa vätskorna från vilka kristallerna utvecklats. Genom att analysera dessa vätskor, forskarna i den nya studien räknade ut tiderna när olika diamanter bildades, och de skiftande kemiska förhållandena runt dem.

"Det öppnar ett fönster - ja, låt oss säga, till och med en dörr - till några av de riktigt stora frågorna" om utvecklingen av den djupa jorden och kontinenterna, sa huvudförfattaren Yaakov Weiss, en adjungerad forskare vid Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory, där analyserna gjordes, och universitetslektor vid hebreiska universitetet i Jerusalem. "Det här är första gången vi kan få pålitliga åldrar för dessa vätskor." Studien publicerades i veckan i tidskriften Naturkommunikation .

De flesta diamanter tros bilda cirka 150 till 200 kilometer under ytan, i relativt svala bergmassor under kontinenterna. Processen kan gå så långt tillbaka som 3,5 miljarder år, och fortsätter förmodligen idag. Ibland, de bärs upp av mäktiga, djupt liggande vulkanutbrott som kallas kimberliter. (Förvänta dig inte att se en få ett utbrott idag, de yngsta kända kimberlitavlagringarna är tiotals miljoner år gamla.)

Mycket av det vi vet om diamanter kommer från laboratorieexperiment, och studier av andra mineraler och stenar som kommer fram med diamanterna, eller ibland till och med inneslutna i dem. De 10 diamanterna som teamet studerade kom från gruvor som grundades av företaget De Beers i och runt Kimberley, Sydafrika. "Vi gillar de som ingen annan verkligen vill ha, " sa Weiss - fibrös, smutsiga exemplar som innehåller fasta eller flytande föroreningar som diskvalificerar dem som smycken, men bär potentiellt värdefull kemisk information. Tills nu, de flesta forskare har koncentrerat sig på solida inneslutningar, som små granatbitar, för att bestämma diamanternas ålder. Men de åldrar som solida inneslutningar indikerar kan diskuteras, eftersom inneslutningarna kan eller kanske inte har bildats samtidigt som själva diamanten. Inkapslade vätskor, å andra sidan, är den äkta varan, sakerna som själva diamanten bildades av.

Vad Weiss och hans kollegor gjorde var att hitta ett sätt att datera vätskorna. De gjorde detta genom att mäta spår av radioaktivt torium och uran, och deras förhållande till helium-4, en sällsynt isotop som är resultatet av deras förfall. Forskarna räknade också ut den maximala hastigheten med vilken de kvicka små heliummolekylerna kan läcka ut ur diamanten - utan vilken data, slutsatser om åldrar baserade på isotopens överflöd skulle kunna kastas långt borta. (Som det visar sig, diamanter är mycket bra på att innehålla helium.)

Teamet identifierade tre distinkta perioder av diamantbildning. Alla dessa ägde rum i separata stenmassor som så småningom smälte samman till dagens Afrika. Den äldsta ägde rum för mellan 2,6 miljarder och 700 miljoner år sedan. Vätskeinneslutningar från den tiden visar en distinkt sammansättning, extremt rik på karbonatmineraler. Perioden sammanföll också med uppbyggnaden av stora bergskedjor på ytan, uppenbarligen från kollisioner och sammanpressning av stenarna. Dessa kollisioner kan ha haft något att göra med produktionen av de karbonatrika vätskorna nedan, även om exakt hur är vagt, säger forskarna.

Nästa diamantbildningsfas sträckte sig över en möjlig tidsram för 550 miljoner till 300 miljoner år sedan, som den proto-afrikanska kontinenten fortsatte att ordna om sig själv. Just nu, vätskeinneslutningarna visar, vätskorna var höga i kiseldioxidmineraler, indikerar en förändring i underjordiska förhållanden. Perioden sammanföll också med en annan stor bergsbyggnadsepisod.

Den senaste kända fasen ägde rum för mellan 130 miljoner år och 85 miljoner år sedan. På nytt, vätskesammansättningen ändrades:nu, den var hög i saltlösningar innehållande natrium och kalium. Detta tyder på att kolet från vilket dessa diamanter bildades inte kom direkt från den djupa jorden, utan snarare från en havsbotten som släpades under en kontinental massa genom subduktion. Denna idé, att vissa diamanters kol kan återvinnas från ytan, ansågs en gång osannolikt, men senare forskning av Weiss och andra har ökat dess valuta.

Ett spännande fynd:Minst en diamantinkapslad vätska från både den äldsta och yngsta eran. Det visar att nya lager kan läggas till gamla kristaller, tillåter individuella diamanter att utvecklas över stora tidsperioder.

Det var i slutet av denna senaste period, när Afrika i stort sett hade antagit sin nuvarande form, att en stor blomning av kimberlitutbrott bar alla diamanter som laget studerade till ytan. De stelnade resterna av dessa utbrott upptäcktes på 1870-talet, och blev de berömda De Beers-gruvorna. Exakt vad som fick dem att få utbrott är fortfarande en del av pusslet.

De små diamantinkapslade dropparna ger ett sällsynt sätt att koppla händelser som ägde rum för länge sedan på ytan med vad som pågick samtidigt långt under, säger forskarna. "Det som är fascinerande är att du kan begränsa alla dessa olika episoder från vätskorna, sa Cornelia Class, en geokemist vid Lamont-Doherty och medförfattare till tidningen. "Södra Afrika är en av de bäst studerade platserna i världen, men vi har mycket sällan kunnat se bortom de indirekta indikationerna på vad som hände där tidigare."

På frågan om fynden kan hjälpa geologer att hitta nya diamantfyndigheter, Weiss bara skrattade. "Antagligen inte, sa han. Men, han sa, metoden skulle kunna tillämpas på andra diamantproducerande områden i världen, inklusive Australien, Brasilien, och norra Kanada och Ryssland, att reda ut den djupa historien om dessa regioner, och utveckla nya insikter om hur kontinenter utvecklas.

"Det här är riktigt stora frågor, och det kommer att ta folk lång tid att komma åt dem, " sa han. "Jag ska gå till pension, och har fortfarande inte avslutat den promenaden. Men det här ger oss åtminstone några nya idéer om hur vi ska ta reda på hur saker fungerar."

Den här historien är återpublicerad med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.