Verdens største, mest verdifulle diamanter kan være født i lommer med flytende metall som ligger dypt inne i jorden, viser en ny studie.
Denne oppdagelsen antyder at lommer med flytende metall pepperet gjennom hele jordas mantellag, mellom klodens jordskorpe og kjerne, kan spille en nøkkelrolle i hvordan karbon og andre elementer er viktige for livssyklusen mellom jordens indre og planetens overflate, sa forskerne.
Generelt dannes diamanter dypt i den varme klippen i jordens mantel, og stiger til overflaten med vulkanutbrudd. Den største diamanten av edelstenkvalitet som hittil er funnet er Cullinan-diamanten, som ble avdekket i Sør-Afrika i 1905. Den 3,106,75 karat diamanten, som senere ble skåret opp i flere polerte stykker, veide opprinnelig 1,37 kg. (621,35 gram), og var omtrent 3,86 inches (9,8 centimeter).
Tidligere forskning fant at verdens største diamanter av juvelkvalitet skiller seg ut fra mindre juveler ikke bare i størrelse, men også i sammensetning og struktur.
"De har veldig få inneslutninger fanget inni seg - det vil si materiale som ikke er diamant," sa studiens hovedforfatter Evan Smith, en geolog ved Gemological Institute of America i New York. "De er også relativt rene, noe som betyr at de fleste av disse diamantene er laget bare av karbonatomer, i motsetning til mange andre diamanter, som inneholder nitrogenatomer her og der som erstatter deres karbonatomer."
I tillegg, når de største diamantene er i sin rå, upolerte tilstand, "de er uregelmessige i form, som en slikkepinne som har vært i noens munn en stund, i stedet for de fine, symmetriske krystaller man ofte tenker på med diamanter," Smith fortalte Live Science.
Disse forskjellene førte til at forskere spekulerte i at store diamanter kan danne seg på forskjellige måter fra mindre, mer vanlige diamanter. Verdens største diamanter av juvelkvalitet "er imidlertid verdt så mye penger at det er veldig vanskelig å få tilgang til dem for forskning," sa Smith. Dette har stymied studier som kan løse mysteriet med disse store perlenes opprinnelse, forklarte han.
Nå har Smith og kollegene analysert 42 ferdige eksemplarer av slike juveler som hver ble lånt ut til forskerne i noen timer om gangen. I tillegg undersøkte forskerne to uferdige prøver og ni såkalte "offcuts", brikkene som er igjen etter at en juvel fasetter er kuttet og polert for maksimal glitring.
Forskerne oppdaget bittesmå metalliske korn fanget inne i disse prøvene. Inneslutningene besto av størknede blandinger av jern, nikkel, karbon og svovel, en kombinasjon som aldri ble sett i vanlige diamanter, sa forskningsforfatter Steven Shirey, en geokjemist ved Carnegie Institution for Science i Washington, DC. Forskerne oppdaget også spor av metan og hydrogen i de tynne mellomrommene mellom disse inneslutningene og innkapslingsdiamanten.
De metalliske kornene er bevis på at massive diamanter sannsynligvis har uvanlig opphav, sier forskerne. Kjemien til disse metallinneslutningene antyder at store diamanter krystalliserer fra lommene med metallisk væske. Derimot vokser andre diamanter sannsynligvis fra en kjemisk suppe fylt med karbon, oksygen og hydrogen, sa Smith.
En rekke av prøvene forskerne undersøkte hadde også silisiumholdige mineralinneslutninger som dannes ved det høye trykket på ekstreme dybder, sa forskerne. Forskere anslått at store diamanter er "superdeep" perler som sannsynligvis dannes på en dybde på mellom 410 og 660 kilometer. Til sammenligning antydet tidligere forskning at de fleste andre edelsteinsdiamanter dannes på bare 150 til 200 km.
Disse funnene gir direkte bevis på lenge mistenkte, teoretisk forutsagte kjemiske reaksjoner i jordens mantel som skaper lommer av metallisk jern-nikkellegering, sa Smith. Det meste av jern og nikkel i jordens mantel er derimot vanligvis bundet til oksygen eller et annet kjemikalie, forklarte han.
Selv om store diamanter og mer vanlige diamanter noen ganger finnes sammen, betyr det ikke at de dannet seg sammen, fortalte Shirey til Live Science. I stedet kan den samme magmaen som strømmer oppover for å bringe store diamanter til overflaten også dra opp mindre diamanter som dannet seg på grunnere dyp, sa han.
Disse funnene bør ikke tas for å antyde at "det er et hav av flytende metall dypt i jordens mantel," sa Smith. Det flytende metallet kommer sannsynligvis bare i lommer "begrenset til kanskje knyttnevestørrelse, hvis jeg skulle gjette, som er pepret over hele mantelen," la han til.
"Det er ikke mye av dette metalliske jernet - omtrent 1 prosent av mantelen," sa Smith. "Likevel endrer det måten vi må tenke på den dypere jorden, fordi elementer som karbon oppløses godt i metallisk jern. Dette betyr at tilstedeværelsen av dette metallet kan påvirke syklusen av karbon, nitrogen og hydrogen fra den dype jorden til overflaten. , fra jordens mantel til der vi bor. "
Fremtidig forskning kan undersøke hva andre elementer er i disse store diamantene eller avkasterne deres, og hvilke isotoper som er inkludert, sa Smith.
"Det kan hjelpe med å belyse opprinnelsen til dette metallet. Hvor kommer det fra, hvordan former det seg, hvilken levetid har det, hvilke prosesser deltar det i," sa han.
Forskerne detaljerte funnene sine på nettet i dag (15. desember) i tidsskriftet Science.
