En unik studie av antika diamanter har visat att den grundläggande kemiska sammansättningen av jordens atmosfär som gör den lämplig för livets explosion av mångfald fastställdes för minst 2,7 miljarder år sedan. Flyktiga gaser bevarade i diamanter som hittats i gamla bergarter fanns i liknande proportioner som de som finns i dagens mantel, vilket i sin tur indikerar att det inte har skett någon grundläggande förändring av andelen flyktiga ämnen i atmosfären under de senaste miljarderna åren. Detta visar att en av de grundläggande förutsättningarna som krävs för att försörja livet, närvaron av livgivande element i tillräcklig mängd, dök upp strax efter att jorden bildades, och har varit ganska konstant sedan dess.

Presenterar arbetet på Goldschmidt Geochemistry-konferensen, huvudforskaren Dr. Michael Broadly sa, "Andelen och sammansättningen av flyktiga ämnen i atmosfären återspeglar det som finns i manteln, och vi har inga bevis på en betydande förändring sedan dessa diamanter bildades för 2,7 miljarder år sedan."

Flyktiga ämnen, som väte, kväve, neon, och kolbärande arter är lätta kemiska grundämnen och föreningar, som lätt kan förångas på grund av värme, eller tryckförändringar. De är nödvändiga för livet, speciellt kol och kväve. Alla planeter är inte rika på flyktiga ämnen; Jorden är flyktig rik, liksom Venus, men Mars och månen förlorade de flesta av sina flyktiga ämnen i rymden. Rent generellt, en planet rik på flyktiga ämnen har en bättre chans att upprätthålla liv, vilket är anledningen till att mycket av sökandet efter liv på planeter som omger avlägsna stjärnor (exoplaneter) har fokuserat på att leta efter flyktiga ämnen.

På jorden, flyktiga ämnen bubblar mest upp från planetens insida, och förs upp till ytan genom sådant som vulkanutbrott. Att veta när de flyktiga ämnena anlände till jordens atmosfär är nyckeln till att förstå när förhållandena på jorden var lämpliga för livets uppkomst och utveckling, men hittills har det inte funnits något sätt att förstå dessa förhållanden i det djupa förflutna.

Nu har franska och kanadensiska forskare använt antika diamanter som en tidskapsel, att undersöka förhållandena djupt inne i jordens mantel i det avlägsna förflutna. Studier av gaserna som fångas i dessa diamanter visar att den flyktiga sammansättningen av manteln har förändrats lite under de senaste 2,7 miljarder åren.

Ledande forskare, Michael Broadley (University of Lorraine, Frankrike) sa "Att studera sammansättningen av jordens moderna mantel är relativt enkelt. I genomsnitt börjar mantelskiktet cirka 30 km under jordens yta, och så kan vi samla prover som kastats upp av vulkaner och studera vätskorna och gaserna som fångas inuti. Dock, jordskorpans ständiga kärring via plattektonik gör att äldre prover till största delen har förstörts. Diamanter dock är jämförelsevis oförstörbara, de är idealiska tidskapslar."

Vi lyckades studera diamanter fångade i 2,7 miljarder år gammal välbevarad sten från Wawa, på Lake Superior i Kanada. Det betyder att diamanterna är minst lika gamla som bergarterna de finns i — förmodligen äldre. Det är svårt att dejta diamanter, så detta gav oss en lycklig möjlighet att vara säkra på minimiåldern. Dessa diamanter är otroligt sällsynta, och är inte som de vackra pärlor vi tänker på när vi tänker på diamanter. Vi värmde dem till över 2000 grader C för att omvandla dem till grafit, som sedan släppte ut små mängder gas för mätning."

Teamet mätte heliums isotoper, Neon, och argon, och fann att de fanns i liknande proportioner som de som finns i den övre manteln idag. Detta betyder att det förmodligen har skett liten förändring i andelen flyktiga ämnen generellt, och att fördelningen av väsentliga flyktiga element mellan manteln och atmosfären sannolikt har förblivit ganska stabil under större delen av jordens liv. Manteln är delen mellan jordskorpan och kärnan, den utgör cirka 84 % av jordens volym.

Dr Broadley sa, "Detta var ett överraskande resultat. Det betyder att den flyktiga miljön vi ser omkring oss idag inte är en ny utveckling, så att det ger rätt förutsättningar för livet att utvecklas. Vårt arbete visar att dessa förhållanden fanns för minst 2,7 miljarder år sedan, men diamanterna vi använder kan vara mycket äldre, så det är troligt att dessa villkor ställdes långt före vår tröskel på 2,7 miljarder år."

Dr Suzette Timmerman (University of Alberta, Kanada), som inte var involverad i forskningen, sa, "Diamanter är unika prover, eftersom de låser in kompositioner under deras bildande. Wawa-fibrösa diamanter var specifikt ett utmärkt urval att studera – de är mer än 2,7 miljarder år gamla – och de ger viktiga ledtrådar till den flyktiga sammansättningen under denna period, den neoarchiska perioden. Det är intressant att den övre manteln redan verkar avgasad för mer än 2,7 miljarder år sedan. Detta arbete är ett viktigt steg mot att förstå manteln (och atmosfären) under den första hälften av jordens historia och leder vägen till ytterligare frågor och forskning."