Diamant med dyp hemmelighet

Diamanter fra Brasil har fraktet mineralkorn fra over 700 kilometers dyp. De edle steinene er sjeldne prøvetakere fra jordas glødende innside.

Publisert
Rå diamant fra Juina i Brasil. Et lite vindu er polert for å se om den har inneslutninger av mineralkorn. (Foto: Science/AAAS)
Rå diamant fra Juina i Brasil. Et lite vindu er polert for å se om den har inneslutninger av mineralkorn. (Foto: Science/AAAS)

I Reisen til Jordens indre fra 1864, så Jules Verne for seg at mennesker la ut på en ferd ned til klodens midtpunkt.

I dag vet vi at jordkloden er ei ildkule med gloheit og myk magma, og ei steinete skorpe som bare er fem kilometer tykk enkelte steder.

I virkeligheten kan vi ikke foreta en slik ekspedisjon, for temperaturen øker med omtrent 30 grader celsius for hver kilometer nedover.

På 700 kilometers dybde begynner den nedre mantelen, og her er temperaturen over 1600 grader.

For forskere som jobber med å forstå det som rører seg under føttene våre, hadde jobben sikkert blitt enklere om de kunne dra på feltarbeid der nede.

Prøvetakere

Selv om geologene ikke kan hente prøver fra denne delen av verden selv, er det faktisk noe som kan gjøre det for dem – nemlig superdype diamanter.

I et kimberlitt-felt i Juina i Brasil har en internasjonal forskergruppe funnet diamanter som ble dannet mer enn 700 kilometer nede i mantelen. Kimberlitt er en vulkansk bergart.

De fleste diamantene som graves ut fra jordskorpa ble dannet på mindre enn 200 kilometers dyp, så her snakker vi om en sjelden sort.

Diamanter er en form av karbon som oppstår ved stort trykk og høy temperatur. Store og relativt reine diamanter er ettertrakta edelsteiner.

Det spesielle med de dype Juina-diamantene er at det ligger godt beskytta mineralkorn inne i dem.

Det som fremstår som urenheter for gemmologen (edelsteineksperten), er kjent som mineralinneslutninger for geologen.

Figuren viser hvor Juina ligger i Brasil. Det innfelte bildet av diamantene viser hvor små de er. Flere tusen har blitt undersøkt for å finne noen med inneslutninger. (Foto: Science/AAAS)
Figuren viser hvor Juina ligger i Brasil. Det innfelte bildet av diamantene viser hvor små de er. Flere tusen har blitt undersøkt for å finne noen med inneslutninger. (Foto: Science/AAAS)

Undersøkelser av Juina-diamantene viser at urenhetene passer med mineralsammensetningen i havskorpa.

Dyp syklus

Det betyr faktisk at plater av havbunn har sunket helt ned i den nedre mantelen, og at materialet, inkludert karbonet, beveger seg i en syklus mellom jordoverflaten og de heite dypene på mange hundre kilometer.

Forskere har tidligere forestilt seg at denne syklusen kunne stikke langt ned.

Seismiologiske og geokjemiske studier har allerede antydet at havskorpa kan synke helt ned til den nedre mantelen, men dette er det første beviset på at karbonsyklusen faktisk når så dypt.

Diamant er det hardeste av alle naturlige mineraler, så prøvene fra den nedre mantelen har vært godt beskyttet.

- Det er litt som å studere utrydda insekter i rav. Selv om vi ikke kan hente ut DNA og gjenskape dinosaurene, kan vi hente ut den kjemiske sammensetningen og si hvor mineralene ble dannet, sier professor Michael Walter i en pressemelding fra University of Bristol i Storbritannia.

Forskerne har kunnskap om hva som skal til for å danne bestemte typer mineraler fordi de dyrker mineraler selv, under ekstreme forhold i laboratoriene.

Mineralselskap

Reidar G. Trønnes er geolog ved Naturhistorisk museum ved Universitetet i Oslo. Han syns de superdype Juina-diamantene er fantastiske.

- De har tatt med seg og bevart inneslutninger av et nesten fullstendig mineralselskap fra en basaltisk bergart, altså havbunnskorpe, som befant seg mer enn 660 kilometer nede i jordas nedre mantel, kommenterer han.

Rå diamanter undersøkes for inneslutninger. Nøkkelen er å polere dem på et slikt slipehjul for å kunne titte på innsiden. (Foto: Science/AAAS)
Rå diamanter undersøkes for inneslutninger. Nøkkelen er å polere dem på et slikt slipehjul for å kunne titte på innsiden. (Foto: Science/AAAS)

Det betyr at de små urenhetene består av en rekke mineraler som forskerne forventer vil bli dannet når basalt smelter og krystalliserer seg under det ekstremt høye trykket og den voldsomme temperaturen i den nedre mantelen.

- Inneslutningene er dannet ved at diamantene har vokst mellom og delvis samtidig med andre mineralkorn som dermed har blitt fullstendig omsluttet av diamant, sier Trønnes.

- I og med at diamant er ganske motstandstyktig mot nedbryting, og samtidig ikke inneholder noen av grunnstoffene som de andre mineralene består av, er dette en utmerket tett prøvekapsel som til slutt ender opp i våre hender på jordas overflate.

- Mineralinneslutningene i diamanter er derfor en slags sonde eller prøvetaker for jordas mantel, sier Trønnes.

Han forteller at det til og med er mulig at jordas kjerne til en viss grad er del av karbonsyklusen.

- Det er i alle fall mulig at kjernen inneholder noe karbon, sier han.

Karbonsyklusen

Karbonsyklusen er et ord som beskriver karbonets kretsløp gjennom atmosfæren, vannmassene, levende organismer, jordsmonnet, berggrunnen og jordas indre.

En ørliten mineralinneslutning, nesten som et insekt fanget i rav. Det lille kornet forteller mye om jordas dype indre. (Foto: Science/AAAS)
En ørliten mineralinneslutning, nesten som et insekt fanget i rav. Det lille kornet forteller mye om jordas dype indre. (Foto: Science/AAAS)

Karbonatomer utveksles altså mellom levende ting, havet, himmelen og jorda – også kalt biosfæren, hydrosfæren, atmosfæren og geosfæren.

Vi kjenner for eksempel de organiske karbonlagrene som finnes i oljeforekomster i havbunnen. Men karbonets reise er ikke slutt når det har kommet inn i jordskorpa eller havskorpa.

Vårt tilsynelatende faste underlag er nemlig ikke som et eggeskall.

Jordskorpa er delt opp i store plater som driver rundt på den myke og varme mantelen. Platene flytter seg i forskjellige retninger, og vokser, klemmes sammen, eller blir dytta ned igjen i jordas indre.

På havbunnen finnes store fjellkjeder kalt midthavsryggene. Dette er som en revne i jordskorpa hvor magma tyter opp og danner ny havbunn. Når ny jordskorpe dannes, dytter den på den gamle.

Som på et ekstremt tregt samlebånd beveger havbunnen seg bort fra midthavsryggene og forsvinner ned i dyphavsgrøftene, hvor havbunnen går ned i mantelen igjen.

Vi har ikke visst så mye om skjebnen til havbunnen etter det. Nå vet vi at den kan reise helt ned til den nedre mantelen og komme opp igjen til overflaten.

Forskerne tror de dype Juina-diamantene ble transportert fra den nedre til den øvre mantelen via store varmesøyler på undersiden av Brasil i krittiden.

Til slutt ble de spyttet ut på overflaten i kimberlitt-magma. Kimberlitt er den vulkanske bergarten som oftest transporterer diamanter til overflaten.

Figuren viser hvordan diamanter og inneslutninger dannes i havskorpe som har sunket ned i den nedre mantelen. Deretter blir de transportert opp til den øvre mantelen, og seinere til overflaten i kimberlitt-magma. (Foto: (Figur: Science/AAAS))
Figuren viser hvordan diamanter og inneslutninger dannes i havskorpe som har sunket ned i den nedre mantelen. Deretter blir de transportert opp til den øvre mantelen, og seinere til overflaten i kimberlitt-magma. (Foto: (Figur: Science/AAAS))

Referanse:

M. J. Walter, S. C. Kohn, D. Araujo, G. P. Bulanova, C. B. Smith, E. Gaillou, J. Wang, A. Steele og S. B. Shirey; Deep Mantle Cycling of Oceanic Crust: Evidence from Diamonds and Their Mineral Inclusions; Science 15. september 2011; doi: 10.1126/science.1209300. Les sammendrag.

Lenke:

University of Brisol: Minerals from ocean-floor rocks found in ultra-deep diamonds