Kleine gebreken in diamanten bevatten het geheim van de vorming van de eerste continenten.
In een nieuwe studie gebruikten onderzoekers insluitsels - onvolkomenheden bespot door juweliers maar waardevol voor wetenschappers - om diamantvorming op te sporen. Ze ontdekten dat de sulfidemineralen in de insluitsels 2,5 miljard jaar geleden voor het laatst aan de oppervlakte van de planeet waren, vóór de opkomst van zuurstof in de atmosfeer.
De bevindingen onthullen de geschiedenis van de continenten en de mantel waar de diamanten zich vormen, zei studieleider Karen Smit, een onderzoekwetenschapper bij het non-profit Gemological Institute of America. De diamanten in de studie, gevonden in West-Afrika, geven aan dat de oude continenten in dat gebied zijn gevormd door subductie, een proces waarbij de ene plak korst onder de andere drukt.
"We kunnen 2,5 miljard jaar geschiedenis van de aarde volgen door middel van deze ene sulfide-opname", vertelde Smit aan WordsSideKick.com.
Binnen een diamant
Diamanten vormen diep in de mantel. De meeste, zei Smit, zijn ongeveer 200 kilometer diep en sommige zelfs nog dieper, ongeveer 400 tot 700 kilometer lager. Het diepste gat ooit geboord, het Kola Superdeep Borehole in Rusland, drong slechts 12 km door. Diamanten worden dan vrij snel naar de oppervlakte gebracht via diepe vulkaanuitbarstingen.
Smit en haar collega's bestudeerden de stikstof in diamanten uit de Zimmi-regio van Sierra Leone toen ze merkten dat de insluitsels van sulfiden in de diamanten in de mantel tekenen vertoonden van bestaan in de mantel voordat de diamanten zich vormden, wat betekent dat ze vastzaten in het kristalliseren diamanten en mee naar de oppervlakte gedragen. Ze begonnen de isotopen van zwavel binnen de insluitsels te onderzoeken. Isotopen zijn variaties van atomen met een verschillend aantal neutronen in hun atoomkernen.
Wat ze ontdekten, onthulde dat de insluitsels inderdaad erg oud waren. Zuurstof beschermt de zwavel tegen bepaalde reacties met ultraviolet licht, zodat onderzoekers kunnen zien of zwavel zich heeft gevormd in een zuurstofrijke of zuurstofarme omgeving. Deze isotopen ontstonden in de atmosfeer voordat er veel zuurstof in de atmosfeer was, ongeveer 2,5 miljard jaar geleden, zei Smit. De diamanten zelf zijn veel jonger dan dat en werden ongeveer 650 miljoen jaar geleden gevormd.
Een geschiedenis van continenten
De onderzoekers onderzochten vervolgens soortgelijke insluitsels in diamanten uit de Canadese Ekati-mijn. Deze insluitsels zijn 3,5 miljard jaar oud en hebben niet dezelfde isotoopsignalen als de West-Afrikaanse diamanten. Het contrast vertelt een verhaal over hoe de continenten zijn ontstaan, zei Smit. Vroeger vormden continenten waarschijnlijk uit een smeltmantel die omhoog sijpelde in de vorm van basalt, vergelijkbaar met hoe IJsland of Hawaï zich tegenwoordig vormen. De mineralen in deze korst vormden zich in de mantel, niet in contact met de atmosfeer.
Later in de geschiedenis van de aarde werd subductie echter belangrijk voor het vormen van stabiele continenten. Het ene stuk korst zou onder het andere malen; dichter materiaal zou zinken en minder dicht materiaal zou de continentale korst vormen. Zo zou de zwavel in de West-Afrikaanse diamanten diep onder de oppervlakte zijn gekomen, zei Smit.
De meest stabiele, duurzame korst is bevestigd aan delen van de mantel die 'kielen' worden genoemd, zo genoemd omdat ze de korst stabiliseren, net zoals een kiel een schip stabiliseert. Meer onderzoek naar inclusierijke diamanten zou kunnen helpen verklaren hoe en waarom deze kielen zich vormen, zei Smit. Tot dusver zijn er slechts vier locaties over de hele wereld, waaronder West-Afrika en Canada, met diamanten die zowel sulfide-insluitsels bevatten als mineralen die werden gebruikt om de diamantvorming te dateren. Meer locaties zouden helpen om de geschiedenis van de aarde in meer detail te volgen, zei Smit, maar deze studies zijn uitdagend omdat de diamanten worden vernietigd tijdens het analyseproces.
'We hebben diamanten nodig', zei Smit, 'om te vernietigen voor de wetenschap.'
