Deimantai turi ilgą istoriją – jie žinomi Indijoje bent 3 tūkst. metų, nors gali būti, kad net 6 tūkstančius. Tačiau nedaugelis galėtų spėti, kad tikrasis jų amžius gali siekti geologinį laikotarpį Archėjų – 3.5 milijardo (tai – ketvirtadalis Visatos amžiaus). Deimantai susiformuoja ekstremaliomis sąlygomis – aukštesnėje nei 950°C temperatūroje ir giliau nei 150 km, kur prasideda jų stabilumo zona. Pastaruoju metu buvo rasti deimantai ir iš daug gilesnių mantijos sluoksnių – pereinamos zonos (410–660 km) ir žemutinės mantijos. Giliausiai rasti deimantai yra iš daugiau nei 700 km gylio.

Susiformavimas

Klausimus apie deimantų formavimosi procesus reiktų pradėti nuo anglies kilmės mantijoje ir deimantų formavimosi regionų. Galima atsakyti, remiantis dviem skirtingais, kartais vienas kitam prieštaraujančiais būdais: izotopinės sudėties matavimais ir mineralų intarpų tyrimais.

8-ajame XX a. dešimtmetyje, remiantis anglies izotopų matavimais, buvo iškelta hipotezė, kad deimantai susiformuoja iš anglies, kuri pateko iš paviršiaus į Žemės mantiją, kai vandenyninės litosferos plokštės paniro po kontinentinėmis. Bazaltinė okeaninė litosfera turi nemažai organinės anglies, kuri yra izotopiškai lengva.

Granato kristalas deimante

Okeaninė litosfera taip pat stipriai hidrotermiškai paveikta ir turi neįprastą deguonies izotopų pasiskirstymą. Šios litosferos „perdirbimą“ galima paaiškinti stebėjimais. Pagrindinės mūsų tiesioginės žinios apie mantiją gaunamos tiriant mantijos fragmentus (ksenolitus), kurie iškeliami į paviršių, kai giliai susiformavusi magma užkabina aplinkines uolienas. Mantijos fragmentai iš gylio, didesnio nei litosfera (iki 250 km), yra labai reti, todėl mūsų žinios apie gilesnių sluoksnių mineralogiją ir sudėtį yra netiesioginės: gaunamos atliekant aukšto slėgio ir temperatūros eksperimentus, seisminius ir izotopinius duomenis bei tiriant meteoritų chemines sudėtis.

Alternatyva tam yra mineralų intarpai iš labai giliai susiformavusių deimantų. Augdami deimantai kartais suformuoja intarpus, užpildytus kitais mineralais, kurie padaro juos labai tinkamus Žemės mantijos sudėties evoliucijos tyrimams. Intarpai dažniausiai yra 0.1–0.2 mm dydžio ir randami naudojant optinius mikroskopus.

Vėliau mineralai gali būti atpažįstami in situ naudojant Ramano spektroskopiją arba rentgeno spindulių difrakciją. Deimantų stabilumas ir amžius padaro juos idealia terpe uolienų intarpų tyrimams, kurie gali atsakyti į klausimus apie Žemės litosferos atsiradimą ir evoliuciją.

Kimberlitai

Kimberlitai

Deimantai į Žemės paviršių yra atnešami vienų iš keisčiausių uolienų tipų: kimberlitų ir lamproitų. Šios magmos susiformuoja tarp 140 ir 200 km, šis gylis apskaičiuojamas pagal mineralų stabilumo zonas. Viršutinė riba yra deimanto stabilumo gylis, kur deimantas stabilesnis nei grafitas, žemutinė – maksimalus litosferos storis po seniausiomis kontinentų dalimis (vadinamomis kratonais).

Šios magmos ne tik susiformuoja pakankamai giliai, pasiekdamos deimantų stabilumo zoną, bet ir kyla pakankamai greitai, išvengdamos fazių transformacijos iš deimanto į grafitą ar anglies ištirpimo magmoje.

Kimberlitai randami Žemės plutoje kaip vertikalios siaurėjančios žemyn strukturos, žinomos kaip kimberlitų vamzdžiai, taip pat ir magminės daikos (plokštės formos kūnas, kurio storis daug mažesnis už ilgį ir plotį). Retkarčiais kimberlitai randami kaip silai (horizontalios formos magminiai kūnai). Jie susidaro iš neįprastų, paturtintų retais elementais mantijos regionų, išsiveržia staigiai ir sprogstančiai, dažnai su dideliu kiekiu anglies dvideginio ir kitų lakiųjų komponentų.

Kimberlito vamzdis

Nepaisant kimberlitų retumo, jie yra svarbus deimantų šaltinis ir granatų peridotito fragmentų nešėjai iki Žemės paviršiaus. Jų susiformavimo gylis yra didesnis nei kitų magminių uolienų, o ekstremalios uolienos sudėtys tai atspindi: mažas silicio kiekis ir didelis nesuderinamų mikroelementų praturtinimas. Dėl to kimberlitų tyrimai gali suteikti informaciją apie gilios mantijos sudėtį ir lydimosi procesus, vykstančius šalia ribos tarp kratoninės žemyninės litosferos ir po ja esančios astenosferinės mantijos, kurioje vyksta konvekcija.

Sluoksniai

Parengta, remiantis Thomas Stachel, Gerhard P. Brey, and Jeffrey W. Harris, Inclusions in Sublithospheric Diamonds: Glimpses of Deep Earth, ELEMENTS, VOL . 1, 2005