Diamanter dannet i Jordens nedre mantel indeholder små flekker af mineraler, der hjælper os med at forstå den indre funktion på vores planet
En diamant fra dybt inde i Jorden
Jeg skæver på en diamant i håndfladen. Efterhånden som perler går, er det ikke noget specielt: mindre end et korn af ris og fuld af urenheder, det ville hente en dårlig pris. Men for forskere som Nester Korolev er disse urenheder uvurderlige for de oplysninger, de afslører om geologiske processer i gang dybt inde i Jorden – desto mere, da nogle af dem ser ud i modsætning til noget, vi har stødt på før. ”Jeg håber, at vi vil opdage et nyt mineral,” siger han.
Denne særlige diamant dannede omkring 600 kilometer under overfladen, “tæt på grænsen mellem den øverste mantel og den nedre mantel”, siger Korolev, en geolog ved American Museum of Natural History i New York City. Det gør det blandt de dybeste dannede genstande, der har fundet vej tilbage til planetens overflade og i geologers hænder.
Korolev og hans kolleger på museet bruger så sjældne super-dybe diamanter til direkte at studere det materiale, der udgør Jordens interiør-en underjordisk verden, som vi stadig kender overraskende lidt om. Arbejdet kunne afsløre vigtige nye oplysninger, såsom hvor meget vand der føres til den nedre mantel, når plader af Jordens stenede skorpe trækkes ind i planetens indre ved subduktionszoner. Vi kunne endda lære hvordan, eller hvis dette dybe vand påvirker opførslen af Jordens tektoniske plader.
Jeg er i museets billedbehandlingslaboratorium, et par etager over de offentlige gallerier, der gentager sig med lydene fra skolebørn, der gawking på Tyrannosaurus Rex og modellen Blue Whale. I den relative stille af laboratoriet plukker Korolev diamanten fra min hånd med et par pincet for at placere det under et mikroskop. Efter et par sekunder vises et forstørret billede af krystallen på en nærliggende skærm, der afslører gyldne flekker af dybt dannede mineraler, der er lagt blandt diamantens gennemsigtige facetter.
Diamanter er ikke den eneste udsigt, vi har i Jordens dybe interiør. Vi kan forestille os det til en vis grad ved at studere opførsel af seismiske bølger, der passerer gennem planeten, mens højtrykseksperimenter i laboratoriet og computermodeller kan simulere forhold langt under jorden. Vi har også xenolitter, som er klipper, der er spydt ud af vulkaner, der prøver de øverste 250 kilometer af mantelen. Men kun diamanter er stærke nok til at opretholde deres krystalstruktur – såvel som strukturen af mineraler, der er fanget inde – gennem de ekstreme ændringer i tryk og temperatur, der opstår på vej fra dybere regioner til overfladen.
Præcis hvordan disse dybe diamanter foretager denne rejse forbliver gådefuld. ”Det er et spørgsmål, som mange forskere bryder deres hjerner om,” siger Kate Kiseeva, en petrolog på museet og Korolevs rådgiver. Hendes foretrukne hypotese er, at diamanterne bæres opad med konvectmateriale i den nedre mantel og tager hundreder af millioner af år for at nå de klippede rødder på kontinenterne. Derfra kan de rakettes til overfladen via dybt forankret kimberlit vulkaner. En alternativ teori er, at diamanterne bæres til bunden af kimberlitter i søjler med varm, opdrivende sten kendt som mantelplume.
Mens formen og sammensætningen af sådanne diamanter tilbyder nogle oplysninger om deres oprindelse, er forskerne mest interesseret i lommerne af mineraler og væsker – indeslutninger – fanget i diamantens kulstofmatrix. Diamanten under mikroskopet blev sikret fra en mine i Brasilien og leveret til forskerne af en samarbejdspartner. Vi ved, at det dannes i den nedre mantel, fordi den indeholder indeslutninger af et silikat perovskitmineral kaldet davemaoit, der kun forekommer på sådanne dybder. Mysteriummineralet afslører muligvis mere om forhold så langt under jorden.
For at finde ud af, om det kan, har geologerne allerede sendt et fragment af den lille diamant til Frankrig, hvor det nu bombarderes med kraftige synchrotron-røntgenstråler for at bestemme mysteriets minerals nøjagtige krystalstruktur.
Resultaterne er ikke i endnu, men det ville ikke være det første nye mineral, der blev opdaget i en diamant. I en tidligere undersøgelse analyserede Korolev og hans kolleger en diamant fra Sydafrika og identificerede en form for calciumsilikat, der aldrig var blevet stødt på i naturen, selvom eksperimentelle beviser tyder på, at det er en af de mest rigelige mineraler inde i Jorden. Tilstedeværelsen af dette calciumsilikatmineral tjente også som direkte bevis for, at plader af oceanisk skorpe blev underlagt ved overfladen virkelig falder helt ned til den nedre mantel.
Med de nye indeslutninger sigter forskerne nu på at få bedre antal på, hvor meget vand disse plader af oceanisk skorpe transport til den nedre mantel. Vandmolekyler kan blive inkorporeret i krystalstrukturen af de nye mineraler, der dannes som oceanisk skorpe når overgangszonen mellem den øvre og nedre mantel – en dybde, hvorpå den transformeres af tryk og varme. Flere vandmolekyler i krystallerne indikerer mere vand i mantelen. ”Vi kender ikke særlig godt og kan ikke estimere vandets skæbne i den nedre mantel, fordi vi i øjeblikket ikke har uberørte indeslutninger af alle mineraler fra den region,” siger Korolev.
Et klarere billede af denne dybe vandcyklus forbinder igen til et “hundrede spørgsmål” om den dybe jord, fra hvor meget vand der var til stede efter dannelsen af planeten til det omstridte spørgsmål om, hvordan pladetektonik begyndte, siger Kiseeva. ”Vi har meget lidt direkte bevis fra dybden,” siger hun. De har bare brug for at få deres hænder på et par flere diamanter.