Diamanten die diep in de aardmantel zijn gevormd, bevatten aanwijzingen voor chemische reacties die op de zeebodem hebben plaatsgevonden. Door deze edelstenen te onderzoeken, kunnen geowetenschappers begrijpen hoe materiaal wordt uitgewisseld tussen het oppervlak van de planeet en de diepten ervan.

Nieuw werk gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang bevestigt dat serpentiniet - een gesteente dat ontstaat uit peridotiet, het belangrijkste gesteentetype in de aardmantel, wanneer water scheuren in de oceaanbodem binnendringt - oppervlaktewater tot 700 kilometer diep kan vervoeren door plaattektoniekprocessen.

"Bijna alle tektonische platen die de zeebodem vormen, buigen uiteindelijk en glijden naar beneden in de mantel - een proces dat subductie wordt genoemd, die het potentieel heeft om oppervlaktematerialen te recyclen, zoals water, de aarde in, " legde Carnegie's Peng Ni uit, die samen met Evan Smith van het Gemological Institute of America de onderzoeksinspanningen leidde.

Serpentiniet dat zich in subductieplaten bevindt, is misschien wel een van de belangrijkste, maar slecht bekend, geochemische paden waardoor oppervlaktematerialen worden opgevangen en naar de diepten van de aarde worden getransporteerd. De aanwezigheid van diep verzonken serpentinieten werd eerder vermoed - vanwege Carnegie en GIA-onderzoek naar de oorsprong van blauwe diamanten en de chemische samenstelling van uitbarstende mantelmateriaal dat mid-oceanische ruggen vormt, zeebergen, en oceaaneilanden. Maar het bewijs dat dit pad aantoont, was tot nu toe niet volledig bevestigd.

Het onderzoeksteam, waaronder ook Steven Shirey van Carnegie, en Anat Shahar, evenals GIA's Wuyi Wang en Stephen Richardson van de Universiteit van Kaapstad - vonden fysiek bewijs om dit vermoeden te bevestigen door een soort grote diamanten te bestuderen die diep in de planeet ontstaan.

"Sommige van de beroemdste diamanten ter wereld vallen in deze speciale categorie van relatief grote en pure edelsteendiamanten, zoals de wereldberoemde Cullinan, Smith zei. "Ze vormen tussen 360 en 750 kilometer naar beneden, minstens zo diep als de overgangszone tussen de boven- en ondermantel."

Soms bevatten ze insluitsels van minuscule mineralen die tijdens de kristallisatie van diamanten zijn opgesloten en die een glimp geven van wat er op deze extreme diepten gebeurt.

"Het bestuderen van kleine monsters van mineralen gevormd tijdens diepe diamantkristallisatie kan ons zoveel leren over de samenstelling en dynamiek van de mantel, omdat diamant de mineralen beschermt tegen extra veranderingen op hun pad naar het oppervlak, ' legde Shirey uit.

Op dit moment, de onderzoekers konden de isotopensamenstelling van ijzer in de metallische insluitsels analyseren. Net als andere elementen, ijzer kan verschillende aantallen neutronen in zijn kern hebben, waardoor ijzeratomen met een iets andere massa ontstaan, of verschillende "isotopen" van ijzer. Het meten van de verhoudingen van "zware" en "lichte" ijzerisotopen geeft wetenschappers een soort vingerafdruk van het ijzer.

De diamantinsluitsels die door het team werden bestudeerd, hadden een hogere verhouding van zware tot lichte ijzerisotopen dan typisch gevonden in de meeste mantelmineralen. Dit geeft aan dat ze waarschijnlijk niet afkomstig zijn van geochemische processen in de diepe aarde. In plaats daarvan, het wijst op magnetiet en andere ijzerrijke mineralen die werden gevormd toen peridotiet uit de oceanische plaat op de zeebodem werd omgezet in serpentiniet. Dit gehydrateerde gesteente werd uiteindelijk honderden kilometers ondergedompeld in de overgangszone van de mantel, waar deze specifieke diamanten kristalliseerden.

"Onze bevindingen bevestigen een langverwachte route voor recycling in de diepe aarde, waardoor we kunnen traceren hoe mineralen van het oppervlak naar beneden in de mantel worden getrokken en variabiliteit in de samenstelling creëren, ’ concludeerde Shahar.