Världens största, mest värdefulla diamanter kan föds i fickor av flytande metall som ligger djupt inne i jorden, konstaterar en ny studie.
Denna upptäckt antyder att fickor av flytande metall som peppas över hela jordens mantelskikt, mellan planetens jordskorpa och kärna, kan spela en nyckelroll i hur kol och andra element är nyckeln till livscykeln mellan jordens inre och planetens yta, säger forskarna.
I allmänhet bildas diamanter djupt i den heta klippan i jordens mantel och stiger till ytan med vulkanutbrott. Den största diamant av ädelstenskvalitet hittills hittills är Cullinan-diamanten, som upptäcktes i Sydafrika 1905. Den diametern 3,106,75 karat, som senare skars upp i flera polerade bitar, vägde ursprungligen 1,37 kg. (621,35 gram) och var cirka 3,86 tum (9,8 centimeter) lång.
Tidigare forskning fann att världens största juvelkvalitetsdiamanter skiljer sig från mindre juveler inte bara i storlek, utan också i sammansättning och struktur.
"De har väldigt få inneslutningar som fångats inuti dem - det vill säga material som inte är diamant", säger studieförfattaren Evan Smith, en geolog vid Gemological Institute of America i New York. "De är också relativt rena, vilket innebär att de flesta av dessa diamanter är tillverkade bara av kolatomer, till skillnad från många andra diamanter, som innehåller kväveatomer här och där som ersätter sina kolatomer."
Dessutom, när de största diamanterna är i sitt grova, opolerade tillstånd, "de är oregelbundna i formen, som en klubba som har varit i någons mun ett tag, istället för de fina, symmetriska kristaller man ofta tänker på med diamanter," Smith berättade för Live Science.
Dessa skillnader fick forskare att spekulera i att stora diamanter kan bildas på olika sätt från mindre, mer vanliga diamanter. Men världens största juvelkvalitetsdiamanter "är värda så mycket pengar att det är väldigt svårt att få tillgång till dem för forskning," sade Smith. Detta har stymmade studier som kan lösa mysteriet med dessa stora ädelstenars ursprung, förklarade han.
Nu har Smith och hans kollegor analyserat 42 färdiga exemplar av sådana juveler som var och en lånades ut till forskarna i några timmar åt gången. Dessutom undersökte forskarna två oavslutade prover och nio så kallade "offcuts", bitarna som är kvar efter att en juvelens fasetter har klippts och polerats för maximal glitter.
Forskarna upptäckte små metallkorn som fångats in i dessa prover. Inneslutningarna bestod av stelnade blandningar av järn, nickel, kol och svavel, en kombination som aldrig har sett i vanliga diamanter, säger studiens medförfattare Steven Shirey, en geokemist vid Carnegie Institution for Science i Washington, DC. Forskarna upptäckte också spår av metan och väte i de tunna utrymmena mellan dessa inneslutningar och den inneslutande diamanten.
De metalliska kornen är bevis på att massiva diamanter troligen har ovanligt ursprung, säger forskarna. Kemin för dessa metallinklusioner antyder att stora diamanter kristalliseras från fickorna av metallvätska. Däremot växer andra diamanter troligen från en kemisk soppa laddad med kol, syre och väte, sade Smith.
Ett antal av proverna som forskarna undersökte hade också kiselbärande mineralinklusioner som bildas vid de höga tryck som finns på extrema djup, säger forskarna. Forskare uppskattade att stora diamanter är "superdeep" ädelstenar som troligen bildas på djupet mellan 254 och 410 miles (410 till 660 kilometer). Som jämförelse antydde tidigare forskning att de flesta andra pärldiamanter bildades på djupet mellan 150 till 200 km.
Dessa fynd ger direkt bevis på länge misstänkta, teoretiskt förutsagda kemiska reaktioner i jordens mantel som skapar fickor av metallisk järn-nickellegering, säger Smith. Det mesta av järn och nickel i jordens mantel är däremot vanligtvis bundet till syre eller annan kemikalie, förklarade han.
Även om stora diamanter och vanligare diamanter ibland hittas tillsammans, betyder det inte att de bildades tillsammans, berättade Shirey till Live Science. Istället kan samma magma som rinner uppåt för att föra stora diamanter till ytan också dra upp mindre diamanter som bildades på grundare djup, sade han.
Dessa fynd bör inte tas för att antyda "att det finns ett hav av flytande metall djupt i jordens mantel," sade Smith. Den flytande metallen kommer troligen bara i fickorna "begränsade till kanske nävestorlek, om jag skulle gissa, som är peppade i hela manteln," tillade han.
"Det finns inte mycket av detta metalliska järn - ungefär 1 procent av manteln," sa Smith. "Det ändrar ändå hur vi måste tänka på den djupare jorden, eftersom element som kol upplöses väl i metalliskt järn. Det betyder att närvaron av denna metall kan påverka cykeln av kol, kväve och väte från den djupa jorden till ytan , från jordens mantel till där vi bor. "
Framtida forskning skulle kunna undersöka vilka andra element som finns i dessa stora diamanter eller deras offcuts, och vilka isotoper som ingår, sade Smith.
"Det kan hjälpa till att belysa denna metalls ursprung. Var kommer den ifrån, hur formar den sig, vilken livstid har den, vilka processer deltar den i," sade han.
Forskarna detaljerade sina resultat online idag (15 december) i tidskriften Science.
