Diamanty a jejich cesta na povrch: Nové poznatky z výzkumu kimberlitů
Diamanty se dostávají na povrch skrze vzácnou magmou zvanou kimberlit, avšak pouze pokud tato magma zůstává vznosná. Nové modelování ukazuje, že minimálně 8,2 % oxidu uhličitého pomáhá učinit tento proces možným.
Tato analýza se zaměřuje na kimberlit Jericho na severu Kanady a vysvětluje, jak mohou diamanty vystoupat z více než 150 kilometrů hluboko.
Tým vědců testoval, jak voda a oxid uhličitý mění jeho schopnost vystoupat na povrch. Diamanty přežijí tuto cestu pouze za předpokladu, že vzestup je dostatečně rychlý, aby je ochránil před přeměnou na grafit, měkkou formu uhlíku stabilní při mělkých podmínkách. Rychlý pohyb uchovává jejich strukturu až do erupce, která je náhle ochladí.
Ve vedení výzkumu stála Ana Anzulović, doktorandka na Centru planetární obyvatelnosti na University of Oslo. Její výzkum se zaměřuje na atomistické modely, které vysvětlují, jak se magmatu bohatému na volatilní složky pohybuje a vyvíjí.
V simulacích rozpuštěné volatily, jako je voda nebo oxid uhličitý, ovlivňují, zda magma zůstává lehčí než obklopující hornina. Výsledky modelování ukazují, že alespoň 8,2 % oxidu uhličitého je potřeba k překročení hranice mezi kůrou a pláštěm.
Tato hranice je místem, kde se vznosné taveniny mohou zablokovat, pokud není dostatečný tlak plynu k posunu vzhůru. S správnou směsí magma pokračuje v vzestupu do kůry, aniž by ztratilo svůj náklad.
„Nejdůležitějším poznatkem této studie je, že jsme dokázali vymezit množství CO2, které potřebujete v kimberlitu Jericho, abyste se úspěšně dostali přes Slave kraton,“ uvedla Anzulović.
„Naše nejvíce volatilitní složení může například nést až 44 % peridotitu z pláště na povrch, což je opravdu impozantní číslo pro takovouto nízkoviskozní magma.“
Tým také poznamenal, že je překvapující vidět, jak model založený na tak malém systému mohl stále ukázat, že bez uhlíku by se magma stala hustší než okolní kraton a nedokázala by eruptovat.
Jericho se nachází na severním Slave kratonu, což je starý a stabilní kontinentální jaderný segment, který uchovává hlubokou historii pláště. Jeho kimberlit erupoval do staré kůry, která funguje jako strážce pro stoupající magma.
Jak se kimberlit pohybuje, vytrhává fragmenty nazývané xenolity, cizí kusy horniny nesené magmatem, a jednotlivé krystaly zvané xenokryst. Tyto kusy zaznamenávají chemii z hloubky a pomáhají mapovat cestu magmatu.
Tým vysvětlil, že cílem bylo vytvořit chemický model kimberlitu a upravit množství oxidu uhličitého a vody, aby se zjistilo, jak se magma chová. Popsali přístup jako způsob, jak vzorkovat magmatu na různých hloubkách sledováním, jak se mění při vystavení různému tlaku a teplotě.
Tým použil výpočty atom po atomu, aby sledoval změny hustoty, jak tlak klesal. Tento přístup odhalil, které směsi zůstaly vznosné a které složení se zastavily.
Studie ukázala, že plyn vycházející z roztoku může napájet rychlý vzestup kimberlitu. Nové modelování přidává, že voda a oxid uhličitý pomáhají různými způsoby podél této cesty.
Voda zvyšuje difuzivitu, což je rychlost, jakou se atomy pohybují skrze magmu, což obvykle snižuje viskozitu a udržuje proudění živé. Oxid uhličitý zpevňuje strukturu magmatu v hloubce, a pak se blízko povrchu vynáší k zásahu.
Všechna modelovaná magma byla lehčí než plášť pod nízkou kůrou. Hranice 8,2 % je nejdůležitější na kůrové bráně, kde se okraje vznosnosti ztenčují. Hranice mezi kůrou a pláštěm je Moho, seismická čára, která značí ostrou změnu vlastností hornin. Bezproblémové překročení této hranice je zásadní pro uchování diamantů a jejich minerálních společníků.
Kimberlit může vynášet velké náklady peridotitu z pláště, husté horniny bohaté na olivín z horního pláště Země, na povrch. Tento náklad vzorkuje podmínky, za kterých diamanty rostou, a kde uhlík koluje mezi pevnými a kapalnými formami.
Modelované magma Jericho ukazuje, jak smíšenina bohatá na volatilní látky udržuje tento náklad na vodě, aniž by ho mlela na kaši. Stejné fyzikální principy vysvětlují, proč některé roury jsou nabité fragmenty pláště, zatímco jiné jsou řídké.
Vzhledem k tomu, že chemie se během vzestupu mění, podeševy hornin nalezené na povrchu mohou klamat. Modely, které navracejí tyto změny, pomáhají obnovit původní složení magmatu.
Tato rekonstrukce jsou důležité pro pochopení skladování uhlíku v hloubce a načasování růstu diamantů. Také pomáhají určit, které roury stojí za bližší prozkoumání.
Kimberlity jsou hlavním zdrojem těžených diamantů na celém světě a jejich chování ovlivňuje strategii průzkumu. Pokud roura v raném stádiu neměla dostatek oxidu uhličitého, možná nikdy neexplodovala.
Znalost prahové hodnoty plynu pomáhá vysvětlit, proč některé cíle selhávají navzdory slibným náznakům. Také naznačuje, kde hledat uvnitř starých kontinentů, které stále skrývají hluboce usazené roury.
Tato studie spojuje malé atomové pohyby s kontinentalními erupcemi. Další kroky budou testovat, zda by mohly jiné roury mít vzorec jako Jericho nebo následovat svou vlastní cestu.
Tato studie byla publikována v časopise Geology.
