imagen: Los diamantes que encierran pequeños trozos de líquido de las profundidades de la Tierra y que se guardan aquí con finas pinzas, fueron parte de un estudio que profundiza en la era y los orígenes de Sudáfrica. Más
Crédito: Jacob Weiss
Los diamantes a veces se describen como mensajeros de las profundidades de la tierra; Los científicos los estudian de cerca para obtener información sobre las profundidades inaccesibles de las que provienen. Pero las letras suelen ser difíciles de leer. Ahora, un equipo ha ideado una forma de resolver dos misterios antiguos: las edades de los diamantes portadores de líquidos individuales y la química de la sustancia madre. La investigación les permitió mapear eventos geológicos que se remontan a más de mil millones de años, un avance potencial no solo en el estudio de los diamantes, sino también en la evolución de los planetas.
Los diamantes de calidad gema son una malla de carbono casi pura. Esta claridad inicial les da su brillo; Pero también significa que llevan muy poca información sobre sus edades y orígenes. Sin embargo, algunas muestras de baja calidad tienen defectos en forma de pequeñas bolsas de líquido, los residuos de líquido más complejos de los que han evolucionado los cristales. Al analizar estos fluidos, los científicos del nuevo estudio han descubierto los momentos en que se formaron diferentes diamantes y las condiciones químicas cambiantes a su alrededor.
«Abre una ventana – bueno, digamos, incluso una puerta – a algunas preguntas realmente importantes» sobre la evolución de la Tierra profunda y los continentes, dijo el autor principal Yaakov Weiss, científico asistente de Lamont en la Universidad de Columbia. Observatorio de la Tierra Doherty, donde se realizaron los análisis, y profesor titular de la Universidad Hebrea de Jerusalén. «Esta es la primera vez que hemos podido obtener edades confiables para estos fluidos». El estudio fue publicado esta semana en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Se cree que la mayoría de los diamantes se forman entre 150 y 200 kilómetros por debajo de la superficie, en masas rocosas relativamente frías bajo los continentes. Este proceso podría remontarse a 3.500 millones de años y puede continuar hoy. A veces, es llevado hacia arriba por poderosas erupciones volcánicas profundamente arraigadas llamadas kimberlitas. (No espere ver una sola explosión hoy; los depósitos de kimberlita más pequeños conocidos tienen decenas de millones de años).
Gran parte de lo que sabemos sobre los diamantes proviene de experimentos de laboratorio y estudios de otros minerales y rocas que vienen con diamantes, o que a veces están encapsulados dentro de ellos. Los diez diamantes que estudió el equipo procedían de minas establecidas por De Beers en Kimberley, Sudáfrica y sus alrededores. “Nos encantan las que nadie más quiere realmente”, dijo Weiss: muestras fibrosas de aspecto sucio que contienen impurezas sólidas o líquidas que las hacen inelegibles para ser joyas, pero que contienen información potencialmente química. Hasta ahora, la mayoría de los investigadores se han centrado en inclusiones sólidas, como pequeñas piezas de granate, para determinar las edades del diamante. Pero las edades indicadas por inclusiones sólidas pueden ser discutibles, porque las inclusiones pueden o no haberse formado al mismo tiempo que el diamante mismo. Por otro lado, los líquidos encapsulados son lo real, la sustancia a partir de la cual se forma el diamante.
Lo que hicieron Weiss y sus colegas fue encontrar una manera de fechar líquidos. Lo hicieron midiendo trazas de torio y uranio radiactivos, y sus proporciones al helio-4, un isótopo raro producido por su desintegración. Los científicos también han descubierto la velocidad máxima a la que pequeñas partículas inteligentes de helio pueden filtrarse de un diamante y, sin ningún dato, las inferencias sobre edades basadas en la abundancia de isótopos pueden descartarse. (Resulta que los diamantes son bastante buenos para contener helio).
El equipo identificó tres períodos distintos de formación de diamantes. Todo sucedió dentro de masas rocosas separadas que finalmente se fusionaron en la África actual. El más antiguo de ellos ocurrió hace entre 2.600 millones y 700 millones de años. Las inclusiones fluidas desde entonces muestran una formulación distinta, extremadamente rica en minerales de carbonato. Este período también coincidió con la acumulación de grandes cadenas montañosas en la superficie, aparentemente a partir de colisiones y rocas aplastadas entre sí. Los investigadores dicen que estas colisiones pueden haber tenido algo que ver con la producción de los fluidos ricos en carbonato que se encuentran debajo, aunque esto es completamente misterioso.
La siguiente etapa de la formación de diamantes en un posible período de tiempo se extendió desde hace 550 millones a 300 millones de años, a medida que el continente africano primitivo continuaba reorganizándose. En este momento, el contenido líquido mostró que los líquidos tenían un alto contenido de minerales de sílice, lo que indica un cambio en las condiciones subterráneas. El período también coincidió con otro gran ciclo relacionado con la construcción de montañas.
La etapa conocida más reciente ocurrió entre hace 130 millones y 85 millones de años. Una vez más, la fórmula del líquido cambió: ahora, tenía un alto contenido de compuestos de sal que contenían sodio y potasio. Esto indica que el carbono a partir del cual se formaron estos diamantes no provino directamente de las profundidades de la Tierra, sino más bien del fondo del océano que fue arrastrado bajo una masa continental por subducción. Esta idea, de que parte del carbono del diamante podría reciclarse de la superficie, alguna vez se consideró improbable, pero una investigación reciente de Weiss et al.Ha levantado su vigencia.
Un hallazgo interesante: al menos un líquido recubierto de diamante de las edades más tempranas y más jóvenes. Esto demuestra que se pueden agregar nuevas capas a los cristales viejos, lo que permite que los diamantes individuales se desarrollen durante largos períodos de tiempo.
Al final de este último período, cuando África había asumido en gran parte su forma actual, una gran ola de erupciones de kimberlita llevó todos los diamantes que el equipo estudió a la superficie. Los restos de estas sólidas erupciones se descubrieron en la década de 1870 y las minas De Beers se hicieron famosas. Exactamente por qué estalló todavía es parte del rompecabezas.
Las diminutas gotas revestidas de diamantes proporcionan una forma poco común de relacionar los eventos que ocurrieron hace mucho tiempo en la superficie con lo que sucedía al mismo tiempo debajo, dicen los científicos. «Lo bueno es que puedes restringir todos estos diferentes círculos de líquidos», dijo Cornelia Claas, geoquímica de Lamont-Doherty y coautora del periódico. «Sudáfrica es uno de los lugares mejor estudiados del mundo, pero rara vez hemos podido ver más allá de las indicaciones indirectas de lo que sucedió allí en el pasado».
Cuando se le preguntó si los resultados podrían ayudar a los geólogos a encontrar nuevos depósitos de diamantes, Weiss se rió. «Probablemente no», dijo. Pero dijo que este método podría aplicarse a otras regiones productoras de diamantes del mundo, incluidas Australia, Brasil, el norte de Canadá y Rusia, para separar la historia profunda de esas regiones y desarrollar nuevos conocimientos sobre cómo evolucionaron los continentes.
Dijo: «Estas son preguntas realmente importantes y tomará mucho tiempo responderlas». «Me voy a jubilar y todavía no he terminado con esa caminata. Pero eso al menos nos da algunas ideas nuevas sobre cómo descubrir cómo funcionan las cosas».
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Los otros autores del estudio son Yael Kiro del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel. Gisela Winkler y Stephen Goldstein de Lamont Doherty; Y Jeff Harris de la Universidad de Glasgow en Escocia.
Conexiones mundiales:
Yaakov Weiss (Jerusalén): [email protected]
Clase Cornelia: (Nueva York): [email protected]
Stephen Goldstein (Nueva York): [email protected]
Más información: Kevin Krajick, editor senior, Science News, Earth Institute [email protected] 212-854-9729
El Earth Institute de la Universidad de Columbia moviliza la ciencia, la educación y las políticas públicas para lograr una tierra sostenible. http: // www.
El Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty es el hogar de la investigación en geociencias de la Universidad de Columbia. Desde el interior más profundo del planeta hasta los confines de su atmósfera, sus científicos están desarrollando conocimientos fundamentales sobre el origen, la evolución y el futuro del mundo natural en cada continente y cada océano, proporcionando una justificación para las difíciles decisiones que enfrenta la humanidad. http: // www.
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