Diamanten worden soms beschreven als boodschappers uit de diepe aarde; wetenschappers bestuderen ze nauwgezet voor inzicht in de anders ontoegankelijke diepten waaruit ze komen. Maar de berichten zijn vaak moeilijk te lezen. Nutsvoorzieningen, een team heeft een manier bedacht om twee langdurige puzzels op te lossen:de ouderdom van individuele vloeistofhoudende diamanten, en de chemie van hun moedermateriaal. Dankzij het onderzoek konden ze geologische gebeurtenissen schetsen die meer dan een miljard jaar teruggaan - een potentiële doorbraak, niet alleen in de studie van diamanten, maar van planetaire evolutie.

Diamanten van edelsteenkwaliteit zijn bijna pure roosters van koolstof. Deze elementaire zuiverheid geeft ze hun glans; maar het betekent ook dat ze heel weinig informatie hebben over hun leeftijd en afkomst. Echter, sommige exemplaren van lagere kwaliteit bevatten onvolkomenheden in de vorm van kleine vloeistofzakjes - overblijfselen van de meer complexe vloeistoffen waaruit de kristallen zijn geëvolueerd. Door deze vloeistoffen te analyseren, de wetenschappers in de nieuwe studie hebben de tijden berekend waarop verschillende diamanten werden gevormd, en de veranderende chemische omstandigheden om hen heen.

"Het opent een raam - nou ja, laten we zeggen, zelfs een deur - naar enkele van de echt grote vragen" over de evolutie van de diepe aarde en de continenten, zei hoofdauteur Yaakov Weiss, een adjunct-wetenschapper aan de Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University, waar de analyses zijn gedaan, en hoofddocent aan de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem. "Dit is de eerste keer dat we betrouwbare leeftijden voor deze vloeistoffen kunnen krijgen." Het onderzoek is deze week gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Men denkt dat de meeste diamanten zo'n 150 tot 200 kilometer onder het oppervlak vormen, in relatief koele rotsmassa's onder de continenten. Het proces kan wel 3,5 miljard jaar teruggaan, en gaat waarschijnlijk vandaag door. Zo nu en dan, ze worden omhoog gedragen door krachtige, diepgewortelde vulkaanuitbarstingen die kimberlieten worden genoemd. (Verwacht niet dat je er vandaag een zult zien uitbarsten; de jongste bekende kimberlietafzettingen zijn tientallen miljoenen jaren oud.)

Veel van wat we weten over diamanten komt uit laboratoriumexperimenten, en studies van andere mineralen en gesteenten die met de diamanten op de proppen komen, of zijn er soms zelfs in ingekapseld. De 10 diamanten die het team bestudeerde, kwamen uit mijnen die zijn opgericht door het bedrijf De Beers in en rond Kimberley, Zuid-Afrika. "We houden van degenen die niemand anders echt wil, " zei Weiss - vezelig, vuil uitziende exemplaren die vaste of vloeibare onzuiverheden bevatten waardoor ze niet als sieraad worden beschouwd, maar bevatten potentieel waardevolle chemische informatie. Tot nu toe, de meeste onderzoekers hebben zich geconcentreerd op vaste insluitsels, zoals kleine stukjes granaat, om de leeftijd van diamanten te bepalen. Maar de leeftijden die vaste insluitsels aangeven, kunnen discutabel zijn, omdat de insluitsels al dan niet tegelijkertijd met de diamant zelf zijn gevormd. ingekapselde vloeistoffen, anderzijds, zijn de echte, het materiaal waaruit de diamant zelf is gevormd.

Wat Weiss en zijn collega's deden, was een manier vinden om de vloeistoffen te dateren. Dit deden ze door sporen van radioactief thorium en uranium te meten, en hun verhoudingen tot helium-4, een zeldzame isotoop die het gevolg is van hun verval. De wetenschappers ontdekten ook de maximale snelheid waarmee de wendbare kleine heliummoleculen uit de diamant kunnen lekken - zonder welke gegevens, conclusies over leeftijden op basis van de abundantie van de isotoop zouden ver weg kunnen worden gegooid. (Zoals het blijkt, diamanten zijn erg goed in het bevatten van helium.)

Het team identificeerde drie verschillende perioden van diamantvorming. Deze vonden allemaal plaats in afzonderlijke rotsmassa's die uiteindelijk samensmolten tot het huidige Afrika. De oudste vond plaats tussen 2,6 miljard en 700 miljoen jaar geleden. Vloeistofinsluitsels uit die tijd vertonen een aparte samenstelling, extreem rijk aan carbonaatmineralen. De periode viel ook samen met de opbouw van grote bergketens aan de oppervlakte, blijkbaar door de botsingen en het samenknijpen van de rotsen. Deze botsingen kunnen iets te maken hebben gehad met de productie van de carbonaatrijke vloeistoffen hieronder, hoewel precies hoe vaag is, zeggen de onderzoekers.

De volgende fase van diamantvorming besloeg een mogelijk tijdsbestek van 550 miljoen tot 300 miljoen jaar geleden, terwijl het proto-Afrikaanse continent zichzelf bleef herschikken. Momenteel, de vloeibare insluitsels laten zien, de vloeistoffen bevatten veel silicamineralen, wijst op een verschuiving in de onderaardse omstandigheden. De periode viel ook samen met een andere belangrijke episode van het opbouwen van bergen.

De meest recent bekende fase vond plaats tussen 130 miljoen jaar en 85 miljoen jaar geleden. Opnieuw, de vloeistofsamenstelling is veranderd:nu, het bevatte veel zoutverbindingen die natrium en kalium bevatten. Dit suggereert dat de koolstof waaruit deze diamanten zijn gevormd niet rechtstreeks uit de diepe aarde kwam, maar eerder van een oceaanbodem die door subductie onder een continentale massa werd gesleept. Dit idee, dat de koolstof van sommige diamanten van het oppervlak kan worden gerecycled, ooit als onwaarschijnlijk werd beschouwd, maar recent onderzoek door Weiss en anderen heeft zijn valuta verhoogd.

Een intrigerende vondst:ten minste één met diamant ingekapselde vloeistof uit zowel de oudste als de jongste tijdperken. De laat zien dat nieuwe lagen kunnen worden toegevoegd aan oude kristallen, waardoor individuele diamanten over lange tijdsperioden kunnen evolueren.

Het was aan het einde van deze meest recente periode, toen Afrika grotendeels zijn huidige vorm had aangenomen, dat een grote bloei van kimberlietuitbarstingen alle diamanten die het team bestudeerde naar de oppervlakte bracht. De gestolde overblijfselen van deze uitbarstingen werden ontdekt in de jaren 1870, en werden de beroemde mijnen van De Beers. Wat er precies voor zorgde dat ze uitbarsten, is nog steeds een deel van de puzzel.

De minuscule met diamanten omhulde druppeltjes bieden een zeldzame manier om gebeurtenissen die lang geleden aan de oppervlakte plaatsvonden te koppelen aan wat er op hetzelfde moment ver beneden gebeurde, zeggen de wetenschappers. "Wat fascinerend is, je kunt al deze verschillende afleveringen van de vloeistoffen beperken, " zei Cornelia Klas, een geochemicus bij Lamont-Doherty en co-auteur van het artikel. "Zuid-Afrika is een van de best bestudeerde plaatsen ter wereld, maar we hebben zelden verder kunnen kijken dan de indirecte aanwijzingen van wat daar in het verleden is gebeurd."

Op de vraag of de bevindingen geologen kunnen helpen bij het vinden van nieuwe diamantafzettingen, Weiss lachte alleen maar. "Waarschijnlijk niet, "zei hij. Maar, hij zei, de methode zou kunnen worden toegepast op andere diamantproducerende gebieden van de wereld, inclusief Australië, Brazilië, en Noord-Canada en Rusland, om de diepe geschiedenis van die regio's te ontrafelen, en nieuwe inzichten te ontwikkelen in hoe continenten evolueren.

"Dit zijn echt grote vragen, en het zal lang duren voordat mensen bij ze komen, "zei hij. "Ik ga met pensioen, en nog steeds niet klaar zijn met die wandeling. Maar dit geeft ons in ieder geval nieuwe ideeën om erachter te komen hoe dingen werken."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.