Små brister i diamanter håller hemligheten för bildandet av de första kontinenterna.
I en ny studie använde forskare inneslutningar - brister som är förknippade med juvelerare men värdefulla för forskare - för att spåra diamantbildning. De fann att sulfidmineralerna i inneslutningarna senast befann sig på planetens yta för 2,5 miljarder år sedan, före ökningen av syre i atmosfären.
Resultaten avslöjar historien på kontinenterna och manteln där diamanterna bildas, sade studieledaren Karen Smit, forskningsforskare vid den ideella gemologiska institutet i Amerika. Diamanterna i studien, som finns i Västafrika, indikerar att de forntida kontinenterna i regionen bildades genom subduktion, en process där en skorpa skjuter under en annan.
"Vi kan spåra 2,5 miljarder år av jordhistoria bara genom denna sulfidinkludering", sa Smit till Live Science.
Inuti en diamant
Diamanter bildas djupt i manteln. De flesta, sade Smit, bildar cirka 200 mil (200 kilometer) djup, och vissa formar ännu djupare, cirka 250 till 435 mil ner (400 till 700 km). Det djupaste hålet som någonsin har borrats, Kola Superdeep Borehole i Ryssland, trängde bara 12 km (12 km). Diamanter förs sedan till ytan ganska snabbt via djupa vulkanutbrott.
Smit och hennes kollegor studerade kvävet i diamanter från Zimmi-regionen i Sierra Leone när de märkte att fläckstorlek av sulfider i diamanter visade tecken på att de funnits i manteln innan diamanterna bildades, vilket innebar att de fångades i kristalliseringen diamanter och transporteras upp till ytan med dem. De började undersöka isotoperna av svavel inom inneslutningarna. Isotoper är variationer av atomer med olika antal neutroner i deras kärnor.
Vad de hittade avslöjade att inneslutningarna faktiskt var mycket gamla. Syre skyddar svaveln från vissa reaktioner med ultraviolett ljus, så att forskare kan veta om svavel bildas i en syrerik eller låg syre miljö. Dessa isotoper bildades i atmosfären innan det fanns mycket syre i atmosfären, för cirka 2,5 miljarder år sedan, sade Smit. Diamanterna själva är mycket yngre än det och bildades för cirka 650 miljoner år sedan.
En historia med kontinenter
Forskarna undersökte sedan liknande inneslutningar i diamanter från Kanadas Ekati-gruva. Dessa inkluderingar är 3,5 miljarder år gamla och har inte samma isotopsignaler som de västafrikanska diamanterna. Kontrasten berättar en historia om hur kontinenterna bildades, sade Smit. Tidigt bildade kontinenter antagligen av smältmantel som ozade uppåt i form av basalt, liknande hur Island eller Hawaii bildas idag. Mineralerna i denna skorpa bildades i manteln, inte i kontakt med atmosfären.
Senare i jordhistorien blev dock subduktion viktig för att bilda stabila kontinenter. En bit skorpa skulle slipa under en annan; tätare material skulle sjunka och mindre tätt material skulle stiga för att bilda kontinental skorpa. Så här skulle svaveln i de västafrikanska diamanterna ha kommit djupt under ytan, sade Smit.
Den mest stabila, långvariga skorpan är fäst vid delar av manteln som kallas "kölar", så kallade eftersom de stabiliserar skorpan precis som en köl stabiliserar ett fartyg. Fler studier av inkluderingsrika diamanter kan hjälpa till att förklara hur och varför dessa kölar bildas, sade Smit. Hittills finns det bara fyra platser runt om i världen, inklusive Västafrika och Kanada, med diamanter som innehåller både sulfidinklusioner och mineraler som används för att datera diamanternas bildning. Fler platser skulle hjälpa till att spåra jordens historia mer detaljerat, sade Smit, men dessa studier är utmanande eftersom diamanterna förstörs i analysprocessen.
"Vi behöver diamanter," sade Smit, "för att förstöra för vetenskapen."
