Dijamanti koji izbijaju iz Zemljinog centra otkrivaju izgubljenu istoriju superkontinenata

Na kraju doba krede, pre 86 miliona godina, nastala je vulkanska pukotina na prostoru današnje Južne Afrike. Ispod površine, magma iz dubine od više stotina kilometara poletela je naviše velikom brzinom razbijajući stene i minerale i iznoseći ih na površinu poput obrnute lavine, piše Live Science.

Kako je to izgledalo na površni nije poznato, ali je možda bilo dramatično kao erupcija Vezuva. Ostao je niz tuba u obliku šargarepe, ispunjenih magmatskim stenama, ispod niskih, istrošenih belih brda.

Godine 1869, jedan čobanin je otkrio ogroman, blistavi kamen na ivici reke i doveo taj nenametljivi predeo u centar pažnje. Pronađeni kamen je bio ogromni dijamant koji je nazvan „Zvezda Južne Afrike“, a bela brda su skrivala ono što je postalo rudnik Kimberli, epicentar južnoafričke dijamantske groznice i najverovatnije najveća rupa na Zemlji iskopana ljudskom rukom.

Zahvaljujući rudniku Kimberli, često nazivanom „Velika rupa“, te formacije gde se pronalaze dijamanti sad su poznate kao kimberliti. Razbacane su širom planete, od Ukrajine preko Sibira do Zapadne Australije, ali su relativno male i retke.

Ono što ih čini posebnim jeste da njihove magme dolaze iz velikih dubina. Još se ne zna tačna dubina, ali je poznato da kreću ispod baza kontinenata na granici vrelog, konvektivnog omotača. Neke možda dolaze iz još većih dubina, iz zone tranzicije između gornjeg i donjeg omotača.

Te magme imaju pristup vrlo dubokim, prastarim stenama i interakciju sa drugim procesima koji se dešavaju samo u dubokoj Zemlji – tj. formiranjem dijamanata.

Kristalizacija običnog ugljenika u čvrste, blistave dijamante zahteva veliki pritisak, tako da se to drago kamenje formira na dubini od barem 150 kilometara, u najdubljim slojevima litosfere (naučni naziv za Zemljinu koru i relativno kruti gornji omotač). Neki, poznati kao sublitosferski dijamanti, formiraju se na još većim dubinama, do oko 700 kilometara.

Kimberliti na svojim eruptivnim putovanjima do površine zahvataju dijamante i vuku ih do gornjeg sloja kore, relativno neoštećene i ponekad čak sa kesicama fluida iz samog omotača.

Istraživači odavno znaju da tektonske ploče tokom međusobnog trenja odvlače ugljenik sa površine u dubinu gde se može kristalizovati u dijamant. Sad otkrivaju da ono što ode dole mora (ponekad) doći gore, i da je to ponovno pojavljivanje ugljenika – sada stišnjenog u svetlucavo drago kamenje – takođe povezano sa kretanjem tektonskih ploča. Izgleda da dijamanti naročito izbijaju prilikom raspada superkontinenata.

„Iako su to različiti procesi, dijamanti i kimberliti zajedno mogu nas informisati o životnom ciklusu superkontinenta“, kaže Suzet Timerman, geolog sa Univerziteta u Bernu.

Dolazak na površinu

Niko nije video kimberlitsku erupciju neposredno. Bilo ih je vrlo malo tokom poslednjih 50 miliona godina, a najnovija moguća erupcija, u brdima Igvisi u Tanzaniji, desila se pre više od 10.000 godina.

Ne samo to, već i glavni materijal kimberlita, mineral olivin, nestaje vrlo brzo na površini. Zbog toga proučavanje kimberlita nije lako. Naučnike zbunjuje, na primer, hemija prvobitnog izvora istopljenih stena u omotaču, kao i način kako kimberliti uspevaju da probiju stabilna središta takozvanih „kratona“ – debelih unutrašnjih delova kontinenata koji se obično ne mogu poremetiti.

Mali broj nedavnih studija skicira novo objašnjenje. Prvi pokazatelj je vreme. Davno je primećeno da pulsiranje kimberlitske aktivnosti odgovara približnom vremenu raspada supekontinenta, kaže Keli Rasel, vulkanolog sa Univerziteta Britanske Kolumbije u Kanadi.

U studiji iz 2018. proučavana je ta koincidencija vremena i otkriven je porast kimberlitske erupcije u vremenu oko raspada superkontinenta Nuna (Kolumbija) pre oko 1,2 do jedne milijarde godina.

Još jedno pulsiranje se desilo pre 600-500 miliona godina, u vreme raspada superkontinenta Rodinija, praćeno manjim pulsiranjem pre 400-350 miliona godina.

Međutim, najproduktivniji period, odgovoran za 62,5% svih poznatih kimberlita, desio se pre 250-50 miliona godina. Taj raspon koincidira sa raspadom superkontinenta Pangea. To sugeriše da su ciklusi superkontinenata bitni za erupcije kimberlita.

U tom smislu, starost neobičnih ružičastih dijamanata iz formacije u zapadnoj Australiji kazuje da su najverovatnije stigli na površinu pre oko 1,3 milijarde godina, što je u vremenskom okviru raspada Nune.

Dijamanti su novim otkrićem povezani sa razvlačenjem kontinentalne kore. Te sile ekstenzije omogućavaju malim džepovima magme da iz dubine stignu na površinu, smatraju naučnici.

Prodor kimberlita

Nezgodno pitanje, pak, jeste kako se to dešava. Da biste dobili kimberlit, ključna su dva sastojka: duboke, istopljene stene bogate fluidima, i kontinentalni poremećaj koji može izneti tu otopinu na površinu. Niko ne zna šta izaziva formiranje kimberlitske otopine, ali je hemija kimberlita vrlo različita od hemije stena iz omotača čijim topljenjem oni nastaju.

Kimberliti su takođe bogati nestabilnim supstancama poput vode i ugljen-dioksida, zbog čega su tako živahni i brzi. Oni izbijaju kroz koru brzinom od 134 km/h. Poređenja radi, magme koje izbijaju iz vulkana na mestima poput Havaja dostižu maksimalno 21,7 km/h.

Istraživači su otkrili da je ključ u istezanju Zemljine kore prilikom razdvajanja tektonskih ploča. Rastezanje stvara uzvišenja i udubljenja na površini i u bazi kontinenta. Zupčaste ivice u bazi kontinenta omogućavaju toplim materijalima iz omotača da se izdignu i zatim ohlade i padnu, stvarajući kovitlace. Kovitlaci mešaju materijale iz baze kontinenta, stvarajući penušave kimberlite koji onda mogu da uzlete ka površini, noseći dijamante koje pokupe usput.

Ovaj proces je počeo na mestu gde se kontinent cepa, ali postepeno prodire u oblasti stabilne kore. Taj spori prodor objašnjava zašto pulsiranje kimberlita ne skače odmah nakon početka velikog raspada. Proces nije momentalan i može da traje dugo nakon raspadanja superkontinenta.

Proces je možda bio naročito izražen tokom raspada Pangee, pošto je omotač, koji se polako hladio otkako je Zemlja očvrsnula, dostigao odgovarajuću temperaturu pre oko 250 miliona godina da bi otopine kimberlitskog tipa bile dominantne.

Informacije u dijamantu

Kao i bela brda koja su nekad pokrivala rudnik Kimberli, sami kimberliti ne mogu da kažu mnogo o omotaču iz kog su stigli. Oni se istroše za nekoliko godina, ostajući bez velikog dela zanimljivih informacija.

Međutim, dijamanti koje su doneli imaju drugačiju priču. Oni imaju sopstvene istorije nastanka koje se ne poklapaju sa formiranjem same kimberlitske magme. Ipak, njihovi slučajni susreti stotinama kilometara ispod površine znače da delići omotača koji inače nikad ne bi videli svetlost dana mogu da dođu do ljudskih ruku.

Ti delići su mikroskopske kesice fluida iz vremena nastanka dijamanta. Mnogi su stari stotine miliona godina, a starost nekoliko primeraka se meri milijardama godina. Osim toga, neki od tih dijamanata se formiraju vrlo dubioko u omotaču, tako da neki nose materijale čak sa granice između omotača i jezgra.

Dok erupcija dijamanata može da priča priču o raspadu superkontinenta, njihovo formiranje može takođe pokazati kako se kontinenti sastavljaju. Timerman je izučavala dijamante iz Brazila i Gvineje koji su se formirali na dubini između 300 i 700 kilometara.

Određujući starost fluidnih primesa u dijamantima, istraživači su procenili da su se dijamanti formirali pre oko 650 miliona godina, kad se formirao superkontinent Gondvana. Dijamanti su se verovatno zakačili za bazu kontinenta i bili tamo hiljadama godina dok se Gondvana nije raspala tokom doba krede, a kimberliti ih izneli na površinu.

Ovi dijamanti iz superdubina su pomogli da se objasni rast kontinenata. Superkontinenti nastaju kad se okeanska kora podvlači pod kontinentalnu koru. Taj proces – subdukcija – približava dva kontinenta na suprotnim stranama okeana. Isti proces odvlači ugljenik u dubine, gde može biti kompresovan u dijamante.

U omotaču, delići tih subduktivnih ploča mogu dobiti energiju i vratiti se gore, noseći dijamante sa sobom. Ovaj materijal može biti zalepljen za baze kontinenata milenijumima, pomažući im da rastu odozdo. Takođe može objasniti kako se dijamanti nađu na mestu gde ih kimberlit može pokupiti.

Dijamanti mogu doprineti razjašnjavanju procesa subdukcije, konvekcije omotača, interakcija između tečnosti i stena i drugih procesa ispod kore tokom ciklusa superkontinenta.

Naučnici još ne znaju kako subdukovane ploče menjaju baze superkontinenata i da li to utiče na dužinu trajanja nekog superkontinenta pre raspada. Još jedno otvoreno pitanje je da li taj reciklirani materijal iz Zemljine kore određuje kad i gde nastaju kimberlitske magme.

Prastari dijamanti nas takođe mogu obavestiti o drugim etapama Zemljine haotične istorije. Neki dijamanti su napravljeni od ugljenika koji je inkorporiran u Zemlju po njenom nastanku, dok su drugi od ugljenika iz prastarog života, odvučenog dole zajedno sa pločama subdukovane kore.

Moguće je reći koji proces je formirao dijamante analizirajući molekularnu strukturu ugljenika u primesama dijamanta. Te primese mogu sadržati tajne o maglovitim trenucima u Zemljinoj istoriji, poput početka rasprostranjene subdukcije ili vremena kad je život u okeanima postao rasprostranjen.

Međutim, da bi došli do tih odgovora, istraživači će morati da budu bolji u otkrivanju starosti dijamanata. I biće im potrebno još dijamanata koji su i prastari i iz najdubljih dubina.

(Telegraf Nauka/Live Science)