În amurgul Cretacicului, acum 86 de milioane de ani, o fisură vulcanică din ceea ce este acum Africa de Sud a luat viață. Sub suprafață, magma de la sute de kilometri în jos s-a aruncat în sus la fel de repede ca o mașină pe autostradă – dacă mașina aia ar fi țâșnit prin rocă solidă – mestecând roci și minerale și transportându-le spre suprafață într-o avalanșă inversă.
Cum arăta acest lucru la suprafață este pierdut în istorie, dar este posibil să fi fost la fel de dramatic ca erupția Muntelui Vezuvius. Ceea ce a lăsat în urmă au fost o serie de tuburi în formă de morcov, umplute cu rocă magmatică, sub dealuri albe joase, acoperite de vreme.
În 1869, descoperirea de către un păstor a unei stânci uriașe și strălucitoare pe malul unui râu din apropiere ar catapulta acest peisaj modest în infamie. Stânca era un diamant enorm care avea să fie cunoscut în cele din urmă drept Steaua Africii, iar dealurile albe ascundea ceea ce avea să devină Mina Kimberley, epicentrul goanei diamantelor din Africa de Sud și foarte probabil cea mai mare gaură de pe Pământ săpată vreodată de mână.
Datorită Minei Kimberley, numită adesea „The Big Hole”, formațiunile unde diamante sunt găsite sunt acum cunoscute sub numele de kimberliți. Formațiunile sunt presărate pe tot globul, din Ucraina până în Siberia până în Australia de Vest, dar sunt relativ mici și rare. Ceea ce îi face speciali este că magmele lor provin din adâncuri. Există încă întrebări despre exact cât de adânc, dar se știe că acestea apar de sub bazele continentelor la granița mantalei fierbinți, convective. Unele pot avea originea și mai adânc, la tranziția dintre mantaua superioară și cea inferioară.
Legate de: Ce se află în interiorul Pământului?
Ca atare, aceste magme ating roca foarte adâncă, foarte veche și interacționează cu alte procese care au loc numai în adâncul Pământului – și anume, formarea diamantelor. Pentru a cristaliza carbonul simplu și vechi în diamant dur și strălucitor, necesită o presiune mare, astfel încât aceste pietre prețioase se formează la cel puțin 93 de mile (150 de kilometri) în jos, în cele mai adânci straturi ale litosferei, termenul științific pentru crusta și mantaua superioară relativ rigidă. Unele, cunoscute sub numele de diamante sub-litosferice, formează și mai adânc, până la aproximativ 700 km. Kimberliții, în călătoriile lor eruptive la suprafață, prind diamante și le trage în crusta superioară, livrându-le relativ nevătămate și, uneori, conținând chiar buzunare de lichid din mantaua în sine.
Cercetătorii știu de mult că, pe măsură ce plăcile tectonice se macină una sub alta, ele trag carbonul de la suprafață până la adâncimi unde se poate cristaliza în diamant. Acum, ei încep să vadă că ceea ce coboară trebuie (uneori) să apară și că această reapariție a carbonului – acum presat în pietre strălucitoare – este, de asemenea, legată de mișcările plăcilor tectonice. În special, diamantele par să erupă atunci când supercontinentele se despart.
„Deși acestea sunt procese diferite, împreună diamantele și kimberlitul ne pot informa despre ciclul de viață al vremurilor supercontinentale”, a spus. Suzette Timmermangeolog la Universitatea din Berna din Elveția, care studiază diamantele.
Ieșind la suprafață
Nimeni nu a văzut vreodată o erupție de kimberlit direct. Au fost foarte puține în ultimii 50 de milioane de ani, iar cea mai recentă erupție posibilă, în Dealurile Igwisi din Tanzania, a avut loc acum peste 10.000 de ani. Nu numai asta, dar principalul material din kimberlit, mineralul olivină, se îndepărtează rapid la suprafață, a spus Hugo Olierookcercetător la Universitatea Curtin din Australia.
Acest lucru face ca studiul kimberliților să fie dificil. Oamenii de știință sunt perplexi, de exemplu, cu privire la chimia sursei originale a rocilor topite din manta, precum și la modul în care kimberliții reușesc să străpungă nucleele stabile ale a ceea ce geoștiința numesc „cratonuri” – părțile groase interioare ale continentelor care reziste de obicei la perturbare.
O mână de studii recente schițează o nouă explicație pentru ce se întâmplă acest lucru. Primul indiciu este sincronizarea. S-a remarcat de mult timp că impulsurile activității kimberlitului par să corespundă cu momentul aproximativ al rupțiilor supercontinentului, a spus. Kelly Russell, vulcanolog la Universitatea British Columbia din Canada. A studiu 2018 condus de Sebastian Tappeun geoscientist de la Universitatea Arctică din Norvegia, a aruncat o privire globală asupra acestei coincidențe a timpului și a constatat că a ajuns: a existat o creștere a erupțiilor kimberlitice în jurul destrămarii supercontinentului Nuna, cu aproximativ 1,2 miliarde de ani în urmă, până la 1 miliard de ani în urmă.
Un alt puls a apărut între 600 de milioane și 500 de milioane de ani în urmă, care coincide cu destrămarea supercontinentului Rodinia, conform cercetării din 2018, urmat de un puls mai mic între 400 de milioane și 350 de milioane de ani în urmă. Dar perioada cea mai prolifică, reprezentând 62,5% din toate kimberlitele cunoscute, a avut loc între 250 de milioane și 50 de milioane de ani în urmă. Se întâmplă că acest interval coincide cu destrămarea supercontinentului Pangea. Pentru unii cercetători, acest lucru sugerează că ciclurile supercontinentului sunt cruciale pentru erupțiile kimberlitice.
„Despărțirea acestor continente este fundamentală pentru a ridica aceste diamante din aceste adâncimi adânci”, a spus Olierook pentru Live Science.
Olierook și echipa sa au analizat recent vârstele diamantelor roz neobișnuite dintr-o formațiune din vestul Australiei și au descoperit că probabil au ieșit la suprafață cu aproximativ 1,3 miliarde de ani în urmă. în fereastra lui Nuna despărțindu-se. Noua descoperire leagă diamantele de întinderea crustei continentale, a spus Olierook.
„Acele forțe de extensie sunt cele care permit acelor mici buzunare de magmă adâncă să se ridice la vârf”, a spus el.
Marșul kimberliților
Întrebarea dificilă, însă, este cum se întâmplă acest lucru. Pentru a obține un kimberlit, există două ingrediente cheie: rocă adâncă, topită, bogată în fluide și o perturbare continentală care poate aduce acea topitură la suprafață. Nimeni nu știe ce cauzează formarea topiturii de kimberlit, dar chimia kimberliților este foarte diferită de cea a rocii de manta din care se topește. Kimberliții sunt, de asemenea, bogati în substanțe volatile, cum ar fi apa și dioxidul de carbon, ceea ce le face atât de plutitoare și de mare viteză. Ei trage prin crustă ca șampania care se repezi printr-o sticlă desfundată, urcând cu până la 83 mph (134 km/h). Pentru comparație, magmele care curg din vulcani în locuri precum Hawaii ating o viteză maximă de aproximativ 13,5 mph (21,7 km/h).
Un studiu din august 2023 a folosit modelarea computerizată pentru a afla cum kimberliții pot izbucni prin inimile groase ale continentelor. Cercetătorii au descoperit că procesul de rifting, în care crusta continentală se desprinde, a fost esențial. Întinderea creează vârfuri și văi atât la suprafața, cât și la baza continentului. La bază, aceste margini zimțate permit materialelor calde ale mantalei să se ridice, apoi să se răcească și să cadă, creând vârtejuri. Aceste vârtejuri amestecă materiale de la baza continentelor, formând kimberlitele spumoase și plutitoare, care pot țâșni apoi spre suprafață, purtând orice diamante cu care s-ar putea întâmpla să se întâlnească în sus.
Acest proces a început chiar acolo unde continentul se despărțea, dar modelarea a arătat că aceste regiuni deformate de turbioare au destabilizat zonele învecinate de pe craton, creând aceeași dinamică din ce în ce mai aproape de interiorul continental. Rezultatul a fost un model de erupții de kimberlit care au început în apropierea zonei de ruptură, dar care au mers treptat în zone cu crusta stabilă. Acest marș lent explică de ce pulsurile de kimberlit nu ating apogeul decât un pic după ce începe o despărțire mare, a spus Thomas Gernonun geolog la Universitatea din Southampton din Marea Britanie care a condus studiul.
„Veți vedea că aceste vârfuri de kimberliți par să apară după ce marile supercontinente s-au destrămat”, a spus el. „Dar nu este doar un lucru cu o singură lovitură; este ceva care poate dura destul de mult timp după despărțirile supercontinentului.”
Kimberliții pot fi destul de obișnuiți la bazele continentelor, a spus Tappe, al cărui studiu din 2018 privind kimberliții și destrămarea supercontinentelor a ajuns la concluzii similare cu cele ale lui Gernon. Tappe și echipa sa au descoperit că aceste topituri ar fi putut fi deosebit de importante în timpul rupturii Pangeei, deoarece mantaua, care s-a răcit lent de când s-a solidificat Pământul, a atins exact temperatura potrivită în urmă cu aproximativ 250 de milioane de ani pentru a domina topirile de tip kimberlit. Înainte de această perioadă, rocile din acea regiune s-ar putea să fi fost prea fierbinți pentru a obține acea combinație de topitură și material volatil care face kimberlitele atât de eruptive. Acesta poate fi unul dintre motivele pentru care majoritatea minelor de diamante kimberlit datează de la destrămarea Pangeei.
Mesaje într-un diamant
După cum atestă dealurile plictisitoare și albe care acopereau odată Mina Kimberley, kimberliții înșiși nu pot spune prea multe despre mantaua de unde au provenit. Ei dispar în câțiva ani, pierzând mult din ceea ce le face interesante la nivel chimic. Cu toate acestea, diamantele transportate în kimberliți sunt o poveste diferită. Ei au propriile lor istorii de formare care nu coincid cu formarea magmei kimberlitice în sine. Dar întâlnirile lor întâmplătoare la sute de mile sub suprafață înseamnă că bucăți de manta care altfel nu ar vedea lumina zilei pot ajunge la mâinile omului.
Aceste biți sunt buzunare microscopice de fluid din momentul în care s-au format diamantele. Multe dintre aceste „incluziuni” datează de sute de milioane de ani, în timp ce câteva exemplare numără-le vârsta în miliarde. În plus, unele dintre aceste diamante se formează foarte adânc în manta, astfel încât anumite pietre pot transporta materiale de până la limita dintre manta și miez.
„Numai în kimberlite putem vedea mostre care provin de la 400 de kilometri [250 miles]chiar și până la 2.000 de kilometri [1,200 miles],” a spus Maya Kopylova, profesor de explorare a diamantelor la Universitatea British Columbia. „Nici o altă magmă de pe Pământ nu face asta”.
Legate de: Care este cea mai profundă piatră prețioasă de pe Pământ?
În timp ce erupția diamantelor poate urmări o poveste despre destrămarea supercontinentelor, formarea lor poate oferi, de asemenea, un indiciu asupra modului în care continentele se unesc. Într-un studiu publicat în octombrie 2023 în jurnal Natură, Timmerman a studiat diamantele din Brazilia și Guineea care s-au format între 186 și 434 de mile adâncime (300 până la 700 km). Datând incluziuni fluide din diamante, Timmerman și colegii ei au estimat că diamantele s-au format în urmă cu aproximativ 650 de milioane de ani, când se forma supercontinentul Gondwana. Diamantele s-au lipit probabil de baza continentului și au rămas acolo timp de milenii până când Gondwana s-a destrămat în timpul perioadei Cretacice și kimberliții le-au adus la suprafață, a spus Timmerman pentru Live Science.
Ceea ce era important la aceste diamante superprofunde, a spus Timmerman, a fost că au ajutat la explicarea modului în care cresc continentele. Supercontinentele sunt construite atunci când crusta oceanică se împinge sub crusta continentală. Acest proces, numit subducție, trage două continente o n părțile opuse ale unui ocean mai apropiate. Aceeași subducție aduce carbon în adâncuri, unde poate fi comprimat în diamant.
Jos în manta, bucăți din aceste plăci de subducție pot deveni plutitoare și se pot ridica înapoi, purtând cu ele diamante superprofunde, a explicat Timmerman. Acest material se poate lipi de bazele continentelor timp de milenii, ajutându-le să crească de jos. Poate explica, de asemenea, modul în care diamantele superdeep aterizează într-un loc unde un kimberlit le poate prinde.
„Diamantele adânci ne pot informa mai multe despre procesele de subducție, convecția mantalei, interacțiunile lichid-rocă și alte procese care au loc sub crustă în timpul ciclurilor supercontinentului”, a spus Timmerman.
Mai sunt multe alte întrebări de răspuns, a adăugat ea. De exemplu, oamenii de știință încă nu știu cum plăcile subduse schimbă bazele supercontinentelor și dacă asta afectează cât de mult durează un supercontinent înainte de a se rupe. O altă întrebare deschisă este dacă acest material crustal reciclat influențează când și unde se formează magmele kimberlitice.
Diamantele antice ne pot spune și despre alte repere din istoria haotică a Pământului.
Unele diamante sunt forjate din carbon care a fost încorporat în Pământ la formarea sa, a spus Olierook, în timp ce altele se formează din carbon din viața antică, târât în jos împreună cu plăci de crustă subdusă. Este posibil să spunem ce proces a format diamantele analizând structura moleculară a carbonului din incluziunile de diamante. Astfel, aceste incluziuni pot deține secrete despre numerele neclare din istoria Pământului, cum ar fi când a început subducția pe scară largă sau când viața în oceane a devenit răspândită.
Dar pentru a ajunge la aceste răspunsuri, cercetătorii vor trebui să devină mai buni în a-și da seama cât de vechi sunt diamantele. Și vor avea nevoie de mai multe diamante care sunt atât antice, cât și din cele mai adânci adâncimi.
„Revenind în timp de la cea mai recentă destrămare a supercontinentului la cele de dinainte”, a spus Olierook, „bănuiesc cu tărie că mai sunt multe de descoperit”.
Comentarii recente