Er kan meer dan een biljard ton diamant verborgen zijn in het binnenste van de aarde, volgens een nieuwe studie van MIT en andere universiteiten. Maar het is onwaarschijnlijk dat de nieuwe resultaten een diamantkoorts veroorzaken. De wetenschappers schatten dat de kostbare mineralen meer dan 160 kilometer onder het oppervlak begraven liggen. veel dieper dan welke boorexpeditie ooit heeft bereikt.

De ultradiepe cache kan worden verspreid in cratonische wortels - de oudste en meest onbeweeglijke rotssecties die onder het midden van de meeste continentale tektonische platen liggen. Gevormd als omgekeerde bergen, cratons kunnen zich uitstrekken tot 200 mijl door de aardkorst en in zijn mantel; geologen verwijzen naar hun diepste delen als 'wortels'.

In de nieuwe studie wetenschappers schatten dat cratonische wortels 1 tot 2 procent diamant kunnen bevatten. Gezien het totale volume van cratonische wortels in de aarde, het team schat dat ongeveer een quadriljoen (10 ¹⁶ ) tonnen diamant zijn verspreid in deze oude rotsen, 90 tot 150 mijl onder het oppervlak.

"Dit toont aan dat diamant misschien niet dit exotische mineraal is, maar op de [geologische] schaal der dingen, het is relatief gebruikelijk, " zegt Ulrich Faul, een onderzoekswetenschapper in het MIT's Department of Earth, Sfeervol, en Planetaire Wetenschappen. "We kunnen er niet bij, maar nog steeds, er is daar veel meer diamant dan we ooit hebben gedacht."

Faul's co-auteurs zijn onder meer wetenschappers van de Universiteit van Californië in Santa Barbara, het Institut de Physique du Globe de Paris, de Universiteit van Californië in Berkeley, Ecole Polytechniek, het Carnegie-instituut van Washington, Harvard universiteit, de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China, de Universiteit van Bayreuth, de Universiteit van Melbourne, en University College Londen.

Een geluidsprobleem

Faul en zijn collega's kwamen tot hun conclusie nadat ze hadden gepuzzeld over een anomalie in seismische gegevens. De afgelopen decennia is agentschappen zoals de United States Geological Survey hebben wereldwijde records bijgehouden van seismische activiteit - in wezen, geluidsgolven die door de aarde reizen en worden veroorzaakt door aardbevingen, tsunami's, explosies, en andere baanbrekende bronnen. Seismische ontvangers over de hele wereld pikken geluidsgolven op van dergelijke bronnen, met verschillende snelheden en intensiteiten, waarmee seismologen kunnen bepalen waar, bijvoorbeeld, een aardbeving ontstaan.

Wetenschappers kunnen deze seismische gegevens ook gebruiken om een ​​beeld te construeren van hoe het binnenste van de aarde eruit zou kunnen zien. Geluidsgolven bewegen met verschillende snelheden door de aarde, afhankelijk van de temperatuur, dichtheid, en samenstelling van de rotsen waar ze doorheen reizen. Wetenschappers hebben deze relatie tussen seismische snelheid en rotssamenstelling gebruikt om de soorten rotsen te schatten die de aardkorst en delen van de bovenmantel vormen, ook wel de lithosfeer genoemd.

Echter, bij het gebruik van seismische gegevens om het binnenste van de aarde in kaart te brengen, wetenschappers hebben een merkwaardige anomalie niet kunnen verklaren:geluidsgolven hebben de neiging om aanzienlijk te versnellen wanneer ze door de wortels van oude cratons gaan. Van kratons is bekend dat ze kouder en minder dicht zijn dan de omringende mantel, wat op zijn beurt iets snellere geluidsgolven zou opleveren, maar niet zo snel als wat is gemeten.

"De snelheden die worden gemeten zijn sneller dan wat we denken te kunnen reproduceren met redelijke veronderstellingen over wat er is, " zegt Faul. "Dan moeten we zeggen, 'Er is een probleem.' Zo is dit project begonnen."

Diamanten in de diepte

Het team wilde de samenstelling van cratonische wortels identificeren die de pieken in seismische snelheden zouden kunnen verklaren. Om dit te doen, seismologen van het team gebruikten voor het eerst seismische gegevens van de USGS en andere bronnen om een ​​driedimensionaal model te genereren van de snelheden van seismische golven die door de belangrijkste kratons van de aarde reizen.

Volgende, Faul en anderen, die in het verleden geluidssnelheden hebben gemeten door veel verschillende soorten mineralen in het laboratorium, gebruikte deze kennis om virtuele rotsen te assembleren, gemaakt van verschillende combinaties van mineralen. Toen berekende het team hoe snel geluidsgolven door elke virtuele rots zouden reizen, en vond slechts één type gesteente dat dezelfde snelheden produceerde als wat de seismologen hebben gemeten:een die 1 tot 2 procent diamant bevat, naast peridotiet (het overheersende gesteentetype van de bovenmantel van de aarde) en kleine hoeveelheden eklogiet (die de ondergedompelde oceanische korst vertegenwoordigt). Dit scenario vertegenwoordigt minimaal 1, 000 keer meer diamant dan mensen eerder hadden verwacht.

"Diamant is in veel opzichten speciaal, " zegt Faul. "Een van zijn speciale eigenschappen is, de geluidssnelheid in diamant is meer dan twee keer zo snel als in het dominante mineraal in bovenste mantelgesteenten, olivijn."

De onderzoekers ontdekten dat een rotssamenstelling van 1 tot 2 procent diamant net genoeg zou zijn om de hogere geluidssnelheden te produceren die de seismologen hebben gemeten. Deze kleine fractie diamant zou ook de algehele dichtheid van een kraton niet veranderen, die van nature minder dicht is dan de omringende mantel.

"Ze zijn als stukken hout, drijvend op water, " zegt Faul. "Cratons zijn een klein beetje minder dicht dan hun omgeving, zodat ze niet terug in de aarde worden gezonken, maar op het oppervlak blijven drijven. Zo bewaren ze de oudste rotsen. Dus we ontdekten dat je slechts 1 tot 2 procent diamant nodig hebt om kratons stabiel te houden en niet te zinken."

Op een manier, Faul zegt dat cratonische wortels die deels van diamant zijn gemaakt, logisch zijn. Diamanten worden onder hoge druk gesmeed, hoge temperatuur van de diepe aarde en komen alleen dicht bij het oppervlak door vulkaanuitbarstingen die om de paar tientallen miljoenen jaren plaatsvinden. Deze uitbarstingen kerven geologische "pijpen" uit die gemaakt zijn van een soort gesteente genaamd kimberliet (genoemd naar de stad Kimberley, Zuid-Afrika, waar de eerste diamanten in dit type gesteente werden gevonden). Diamant, samen met magma van diep in de aarde, kan uitspugen door kimberlietpijpen, op het aardoppervlak.

Voor het grootste gedeelte, kimberlietpijpen zijn gevonden aan de randen van cratonische wortels, zoals in bepaalde delen van Canada, Siberië, Australië, en Zuid-Afrika. Het zou logisch zijn, dan, dat cratonische wortels wat diamant in hun make-up zouden moeten bevatten.

"Het is indirect bewijs, maar we hebben het allemaal samengevoegd, " zegt Faul. "We hebben alle verschillende mogelijkheden doorgenomen, vanuit elke hoek, en dit is de enige die overblijft als een redelijke verklaring."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.