Il diamante è un allotropo del carbonio. Si forma in condizioni di temperature e pressioni molto elevate, nel mantello terrestre, a profondità che vanno dai 140 ai 190 chilometri. I diamanti salgono alla superficie dei cratoni attraverso il magma proveniente da profonde eruzioni vulcaniche. Si trova come inclusioni in rocce chiamate kimberliti.
Gran parte della produzione mondiale (circa il 60%) proviene dal continente africano. Russia, Australia e Canada sono altri importanti produttori. Qual è la ragione per cui i diamanti emergono improvvisamente dalle profondità della terra dopo aver trascorso lì milioni, addirittura miliardi di anni? La domanda è rimasta senza risposta fino ad ora. Un team di ricercatori, guidato dall’Università di Southampton, ha deciso di studiare gli effetti delle forze tettoniche globali su queste eruzioni vulcaniche contenenti diamanti negli ultimi miliardi di anni. i loro risultati, pubblicato in naturaPuò aiutare a guidare il processo di estrazione del minerale di diamante.
Eruzioni di diamanti che migrano verso l’interno
” Lo schema della frangia di diamanti è ciclico. Imita il ritmo dei supercontinenti, riunendosi e rompendosi ripetutamente nel tempo », Thomas Gernon spiega. È professore associato di geoscienze presso l’Università di Southampton e autore principale dello studio. Tuttavia, gli esatti meccanismi alla base di questa relazione sono dibattuti. Alcuni ricercatori hanno sostenuto che i magmi kimberlite sfruttano le fratture nelle placche tettoniche terrestri che si aprono durante il rifting (il processo di espansione della crosta terrestre). D’altra parte, altri hanno criminalizzato i pennacchi del mantello.
Distribuzione della frequenza delle kimberliti nel corso del tempo geologico, che mostra picchi coincidenti con il periodo di disintegrazione dei cicli del supercontinente. Crediti: Gernon et al., Nature (2023)
Tuttavia, il geologo sostiene che nessuna di queste idee è del tutto soddisfacente. La litosfera è la parte inferiore delle placche tettoniche. Secondo lui è troppo stabile e forte per permettere alle fratture di propagarsi lì. Allo stesso modo, la maggior parte delle kimberliti non sembrano mostrare la tipica composizione dei pennacchi del mantello. Inoltre, la loro composizione solitamente comprende meno dell’1% della massa fusa del mantello. Ciò non è compatibile con il calore intenso dei pennacchi che dovrebbe portare a uno scioglimento più esteso.
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Un legame tra rottura continentale e vulcanismo kimberlite
Gernon e i suoi collaboratori tentarono di far luce su questo legame tra il rifting continentale e il vulcanismo kimberlite. E per questo hanno fatto un’analisi statistica. Hanno utilizzato nuovi strumenti di apprendimento automatico. Questi sono stati originariamente sviluppati per determinare le cause dei terremoti indotti dall’uomo. Hanno combinato questi strumenti con sofisticati modelli di tettonica a placche.
(c) Grafici sparsi di assemblaggi di kimberlite in Africa e Sud America che mostrano tempi di eruzione della kimberlite relativi alla disgregazione continentale (a t = 0), in funzione della distanza dai margini del Gondwana. (d) Tempi di eruzione degli ammassi di kimberlite (mostrati in c) relativi alla disgregazione continentale. Crediti: Gernon et al., Nature (2023)
I risultati hanno mostrato che l’eruzione della maggior parte dei vulcani kimberlitici è avvenuta tra 20 e 30 milioni di anni dopo la disgregazione tettonica dei continenti. Inoltre, l’analisi geospaziale ha rivelato che queste eruzioni tendono nel tempo a migrare verso l’interno dai bordi continentali. E questo sta accadendo a un ritmo straordinariamente costante in tutti i continenti, aggiunge Gernon.
Effetto domino causato dalle rotture continentali
Ad esempio, i ricercatori hanno scoperto che le eruzioni della kimberlite raggiunsero il picco circa 25 milioni di anni dopo la disgregazione del Gondwana occidentale – che diede origine al Sud America e all’Africa – avvenuta circa 25 milioni di anni fa, ovvero 180 milioni di anni fa. Allo stesso modo, l’attuale Nord America ha sperimentato un picco di kimberliti dopo che la Pangea iniziò la fissione circa 250 milioni di anni fa.
Queste osservazioni indicano un processo dinamico che colpisce le radici dei cratoni. Ben presto i ricercatori sospettarono un collegamento con il processo di rift. Quest’ultimo disturba il mantello terrestre a una distanza di migliaia di chilometri. ” Abbiamo scoperto che la disgregazione delle masse continentali porta ad un effetto domino all’interno della Terra. Questo influsso sconvolge le radici dei continenti, liberando violentemente queste gemme », riassume lo specialista.
Modello schematico della formazione della kimberlite. (a) Sezione semplificata di un kraton che mostra gli strati limite meccanici e termici. (b) La faglia genera un ripido gradiente litosferico (LAB) che porta all’instabilità. (c) Crescita, migrazione e distacco dall’instabilità. (d) Il processo si ripete: la destabilizzazione e la rimozione per propagazione convettiva della “chiglia del cratone” si estende nella parte interna della faglia, portando alla migrazione del vulcanismo kimberlite verso le parti interne del cratone. Crediti: Gernon et al., Nature (2023)
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Meccanismi geologici dietro l’emergere dei diamanti
Ad ogni estensione della crosta superiore, la base della crosta continentale si assottiglia. Una piccola porzione della radice continentale viene poi disturbata e sprofonda nel mantello sottostante. Dovresti sapere che le radici dei continenti non finiscono ovviamente dove inizia l’astenosfera. Questa è la parte elastica del mantello su cui si muove la litosfera. Tra i due infatti esiste una regione di contatto progressivo chiamata “strato limite termico”. Questi confini sono molto disturbati.
Lo strato limite termico viene eliminato dall’instabilità convettiva. Quest’ultimo risulta dal contrasto di densità tra la litosfera più fredda e l’astenosfera più calda. ” [Ces instabilités] Rimuovere i componenti immagazzinati nello strato limite termico e mescolarli con l’astenosfera più calda che sale per sostituire la materia nuda. […] Questo processo può generare kimberlite di bassa qualità e ricchi di volatili. Può quindi sollevarli sulla superficie della terra Gernon spiega.
Potenziale assistenza nella scoperta di nuovi giacimenti
La roccia calda risale e si collega al confine della litosfera e dell’astenosfera. Poi si raffredda e ricade nel mantello. Questa convezione innesca una serie di modelli di flusso simili, che migrano sotto il continente vicino. ” controFlussi disturbanti attraversano la radice continentale. Rimuovono una grande quantità di roccia spessa decine di chilometri dalla base della placca continentale aggiunge il dottor Sacha Brun. È il capo del dipartimento di modellazione geodinamica della GFZ Potsdam e coautore dello studio.
Le eruzioni si stanno gradualmente spostando verso l’interno del continente, a migliaia di chilometri di distanza. Si scopre che i tassi di migrazione tipici stimati nei modelli corrispondono a ciò che gli scienziati hanno osservato nei registri della kimberlite. ” In particolare, questo processo riunisce i componenti necessari in quantità sufficienti per catalizzare un’amalgamazione sufficiente a produrre la kimberlite. Gernon ha detto In un comunicato stampa.
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Break continentali che potrebbero avere altri interessi
In breve, esiste una stretta somiglianza tra la dimensione degli ammassi di kimberlite e l’entità dell’instabilità convettiva nel mantello. Questa ricerca può quindi essere utilizzata per identificare possibili posizioni e periodi di eruzioni vulcaniche passate associate a questo processo. Ciò potrebbe fornire preziose informazioni che porterebbero alla scoperta di nuovi giacimenti di diamanti.
Il professor Gernon osserva che questo studio fa luce anche su come i processi che si verificano nelle profondità della Terra dominano quelli che si verificano in superficie. ” La separazione continentale non si limita a riorganizzare il mantello. Può anche avere un profondo impatto sull’ambiente e sul clima sulla superficie terrestre. Ciò significa che i diamanti possono essere solo una parte della storia E conclude.
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