Quá trình hình thành 2 tỷ năm của kim cương trong sự thay đổi kiến ​​tạo trong chu trình Carbon của Trái đất

Quá trình hình thành 2 tỷ năm của kim cương trong sự thay đổi kiến ​​tạo trong chu trình Carbon của Trái đất

Một lựa chọn kim cương chất lượng đá quý bao gồm chưa qua sử lý từ Letlhakane. 

Các khu vực tối bao quanh kim loại sáng bóng (sunphua) là than chì trong các vết nứt do do sự giãn nở vi phân của sulphide và kim cương khi đưa lên bề mặt từ độ sâu trên 150 km. Kim cương dưới cùng bên trái chứa một garnet màu cam và một clinopyroxene màu xanh lá cây. Nhà cung cấp hình ảnh: M. Gress, VU Amsterdam

"Phát hiện này cho thấy rằng vật liệu hữu cơ từ các nguồn sinh học có thể đã dồi dào hơn trong các vùng hình thành kim cương sớm trong lịch sử Trái đất hơn chúng ta thấy ngày nay", nhà nghiên cứu dẫn đầu Suzette Timmerman cho biết.



Một nghiên cứu về các tạp chất của khoáng vật nhỏ trong các viên kim cương từ Botswana đã chỉ ra rằng các tinh thể kim cương có thể mất hàng tỉ năm để phát triển. Một viên kim cương được tìm thấy chứa vật liệu silicat hình thành từ 2,3 tỷ năm trước trong nội thất và một tinh thể garnet 250 triệu năm tuổi hướng về vành ngoài, độ tuổi lớn nhất từng được phát hiện trong một mẫu đơn.

Phân tích các tạp chất cũng cho thấy cách mà carbon được trao đổi và lắng đọng giữa khí quyển, sinh quyển, đại dương và địa quyển có thể đã thay đổi đáng kể trong 2,5 tỷ năm qua.

Giáo sư Gareth Davies, thuộc trường đại học Vrije Universiteit (VU) Amsterdam, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Mặc dù một thợ kim hoàn xem xét những viên kim cương có nhiều tạp chất bị thiếu sót, nhưng một nhà địa chất là những mẫu vật có giá trị nhất và thú vị”. Chúng tôi có thể sử dụng các tạp chất cho đến nay các phần khác nhau của một viên kim cương riêng lẻ và cho phép chúng ta xem xét các quá trình hình thành kim cương có thể thay đổi theo thời gian như thế nào và nó có liên quan đến chu kỳ carbon thay đổi trên Trái Đất như thế nào.

Mười sáu viên kim cương từ hai mỏ ở đông bắc Botswana được phân tích trong nghiên cứu: bảy mẫu vật từ mỏ Orapa và chín mẫu từ mỏ Letlhakane. Một nhóm nghiên cứu tại VU Amsterdam đo đồng vị phóng xạ, hàm lượng nitơ và nguyên tố vi lượng trong các viên kim cương.

Mặc dù các mỏ nằm cách nhau chỉ 40 km, kim cương từ hai nguồn có sự khác biệt đáng kể về độ tuổi và thành phần hóa học của tạp chất.

Kim cương Orapa chứa vật liệu có niên đại từ 400 triệu đến hơn 1,4 tỷ năm trước. Kim cương Letlhakane bao gồm khoảng dưới 700 triệu và lên tới 2-2,5 tỷ năm tuổi. Trong mọi trường hợp, nhóm nghiên cứu có thể liên kết tuổi tác và thành phần vật chất trong các tạp chất với các sự kiện kiến ​​tạo riêng biệt xảy ra cục bộ trong vỏ trái đất, chẳng hạn như va chạm giữa các đĩa, rạn nứt lục địa hay phép thuật. Điều này cho thấy sự hình thành kim cương được kích hoạt bởi sự biến động nhiệt và chuyển động chất lỏng magma liên quan đến những sự kiện này.

Kim cương Letlhakane cũng cung cấp một cơ hội hiếm có để nhìn lại thời gian đến Trái Đất sớm. Các tạp chất lâu đời nhất có từ trước khoảng 2,3 tỷ năm trước, khi oxy tạo ra bởi vi khuẩn đa bào bắt đầu lấp đầy khí quyển, thay đổi hoàn toàn quá trình hình thành trầm tích và phong hóa và làm thay đổi hóa học của đá.

'Các tạp chất lâu đời nhất trong kim cương có tỷ lệ đồng vị carbon nhẹ hơn. Khi quang hợp ủng hộ đồng vị nhẹ hơn, cacbon 12, trên carbon nặng hơn 13, tỷ lệ “ánh sáng” này cho thấy rằng vật liệu hữu cơ từ các nguồn sinh học có thể phong phú hơn trong các vùng hình thành kim cương sớm trong lịch sử Trái đất hơn ngày nay ” Suzette Timmerman, tác giả chính của nghiên cứu giải thích.

“Nhiệt độ cao hơn trong nội địa của Trái đất trước khi GOE có thể ảnh hưởng đến cách carbon thải vào các vùng hình kim cương bên dưới các tấm lục địa của Trái đất và có thể là bằng chứng về sự thay đổi cơ bản trong các quá trình kiến ​​tạo. Tuy nhiên, chúng tôi hiện đang làm việc với một tập dữ liệu rất nhỏ và cần nghiên cứu thêm để thiết lập nếu đây là một hiện tượng toàn cầu. '