Diamanten zijn uitzonderlijke hulpmiddelen voor het onderzoeken van de koolstofcyclus en mantelprocessen van de planeet vanwege hun uitzonderlijke vermogen om stabiele isotopeninformatie en de samenstelling van sporenelementen over te dragen. Mantelxenolieten uit de beroemde Orapa-kimberlietpijp in Botswana, waarvan wordt aangenomen dat ze afkomstig zijn uit een diepte van ongeveer 150 km, boden enkele van de vroegste informatie over koolstofisotopen waarin diamanten voorkomen. De stabiele koolstofisotoopwaarden voor deze diamanten (δ13C-waarden) varieerden van 0 tot ongeveer -5,5 per duizend, wat wijst op een aanzienlijke hoeveelheid koolstof uit zowel het oppervlaktemilieu als de sedimenten van de aardkorst. Er is echter slechts een klein aantal diamanten met een breder isotopenspectrum bestudeerd, waardoor de aard en het volledige bereik van de heterogeniteit van koolstofisotopen in de aardmantel onbekend blijft.

Om de oorsprong en circulatie van mantelkoolstof beter te begrijpen, hebben recente studies de koolstofisotoopsamenstelling van diamanten uit verschillende gebieden over de hele wereld onderzocht, waaronder de kimberlietvelden Letlhakane en Orapa in Botswana, de Finsch-mijn in Zuid-Afrika en de Argyle-mijn. lamproiteveld in West-Australië. Deze onderzoeken ontdekten een veel grotere verscheidenheid aan δ13C-waarden, van -18,5 tot +2,5 per duizend, vergeleken met eerdere onderzoeken. Diamanten met zeer ongunstige koolstofisotoopwaarden werden ook gevonden in dit bredere bereik, wat wijst op een aanzienlijk reservoir van diep begraven sedimenten of gerecycled aardkorstmateriaal in de aardmantel dat nog niet is opgenomen in de algemene koolstofcyclus. Bovendien impliceerde het bestaan ​​van een dergelijke heterogeniteit van isotopen op verschillende diamantlocaties het bestaan ​​van chemisch en fysisch gescheiden delen binnen de aardmantel.

Naast koolstofisotopen kunnen diamanten essentiële informatie verschaffen over de diepten van het smelten van de mantel en de oorsprong van het magma dat de diamanten naar de oppervlakte bracht. De concentraties van bepaalde sporenelementen, zoals stikstof, zwavel en ijzer, in diamanten veranderen als functie van de druk, temperatuur en de vluchtige samenstelling waaronder ze worden gegenereerd. Deze sporenelementen maken het mogelijk groeizones in diamanten te creëren die overeenkomen met verschillende fasen in de evolutie van kimberlitisch magma en de opkomst ervan. Een belangrijk resultaat van onderzoek naar sporenelementen is bijvoorbeeld dat diamanten met verschillende kleuren, zoals kleurloze en bruine diamanten, zich kunnen ontwikkelen uit hetzelfde uitgangsmagma, maar onder verschillende P-T-omstandigheden en vluchtige componenten, wat de complexiteit van de diamantvorming verder verduidelijkt. proces.

Een andere belangrijke vooruitgang in de studie van diamanten voor het begrijpen van de koolstofcyclus van de aarde is de ontdekking van ultradiepe diamanten. Deze diamanten vertonen buitengewoon hoge δ13C-waarden tot +5,5 per duizend, wat aangeeft dat hun koolstofbron substantieel verschilt van conventionele mantelkoolstofreservoirs. De aanwezigheid van superdiepe diamanten suggereert het potentiële bestaan ​​van extreem oude koolstofreservoirs in de lagere aardmantel, waaronder mogelijk overblijfselen van ondergedompelde sedimenten en/of oermantelmateriaal.

Samenvattend bieden diamanten essentiële inzichten in de koolstofcyclus van de aarde, mantelprocessen en diamantvormingsomstandigheden vanwege hun uitzonderlijke vermogen om stabiele isotopeninformatie en de samenstelling van sporenelementen te behouden. Onderzoek naar diamanten heeft geresulteerd in het besef dat de koolstofcyclus van de aarde complexer is dan eerder werd gedacht, en dat er aanzienlijke, ongeïdentificeerde koolstofreservoirs in de aardmantel zijn die van cruciaal belang zijn voor het begrijpen van de dynamische processen die onze planeet vormgeven.