De minuscules défauts dans les diamants détiennent le secret de la formation des premiers continents.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé des inclusions - des imperfections tournées en dérision par les bijoutiers mais précieuses pour les scientifiques - pour retracer la formation de diamants. Ils ont découvert que les minéraux sulfurés à l'intérieur des inclusions étaient les derniers à la surface de la planète il y a 2,5 milliards d'années, avant la montée de l'oxygène dans l'atmosphère.
Les résultats révèlent l'histoire des continents et du manteau où se forment les diamants, a déclaré la responsable de l'étude Karen Smit, chercheuse à l'institut à but non lucratif Gemological Institute of America. Les diamants de l'étude, trouvés en Afrique de l'Ouest, indiquent que les anciens continents de cette région se sont formés par subduction, un processus dans lequel une plaque de croûte pousse sous une autre.
"Nous pouvons retracer 2,5 milliards d'années d'histoire de la Terre uniquement grâce à cette inclusion de sulfure", a déclaré Smit à Live Science.
À l'intérieur d'un diamant
Les diamants se forment profondément dans le manteau. La plupart, selon Smit, se forment à environ 125 miles (200 kilomètres) de profondeur, et certains se forment encore plus profondément, à environ 250 à 435 miles (400 à 700 km). Le trou le plus profond jamais foré, le Kola Superdeep Borehole en Russie, n'a pénétré que 7,6 miles (12 km). Les diamants sont ensuite ramenés à la surface assez rapidement via des éruptions volcaniques profondes.
Smit et ses collègues étudiaient l'azote dans les diamants de la région de Zimmi en Sierra Leone lorsqu'ils ont remarqué que des inclusions de sulfures de la taille d'un grain montraient des signes d'avoir existé dans le manteau avant la formation des diamants, ce qui signifie qu'ils étaient piégés dans la cristallisation diamants et remonté à la surface avec eux. Ils ont commencé à étudier les isotopes du soufre dans les inclusions. Les isotopes sont des variations d'atomes avec différents nombres de neutrons dans leurs noyaux.
Ce qu'ils ont trouvé a révélé que les inclusions étaient vraiment très anciennes. L'oxygène protège le soufre de certaines réactions avec la lumière ultraviolette, de sorte que les chercheurs peuvent déterminer si le soufre s'est formé dans un environnement riche en oxygène ou pauvre en oxygène. Ces isotopes se sont formés dans l'atmosphère avant qu'il n'y ait beaucoup d'oxygène dans l'atmosphère, il y a environ 2,5 milliards d'années, a déclaré Smit. Les diamants eux-mêmes sont beaucoup plus jeunes que cela et se sont formés il y a environ 650 millions d'années.
Une histoire des continents
Les chercheurs ont ensuite examiné des inclusions similaires dans les diamants de la mine Ekati du Canada. Ces inclusions ont 3,5 milliards d'années et n'ont pas les mêmes signaux isotopiques que les diamants d'Afrique de l'Ouest. Le contraste raconte une histoire sur la formation des continents, a déclaré Smit. Au début, les continents se sont probablement formés à partir d'un manteau fondant qui suintait vers le haut sous la forme de basalte, semblable à la formation actuelle de l'Islande ou d'Hawaï. Les minéraux de cette croûte se sont formés dans le manteau, sans contact avec l'atmosphère.
Plus tard dans l'histoire de la Terre, cependant, la subduction est devenue importante pour former des continents stables. Un morceau de croûte se briserait sous un autre; un matériau plus dense coulerait et un matériau moins dense s'élèverait pour former une croûte continentale. C'est ainsi que le soufre des diamants ouest-africains aurait pu pénétrer profondément sous la surface, a déclaré Smit.
La croûte la plus stable et la plus durable est attachée à des parties du manteau appelées «quilles», ainsi nommées parce qu'elles stabilisent la croûte tout comme une quille stabilise un navire. Plus d'études sur les diamants riches en inclusion pourraient aider à expliquer comment et pourquoi ces carènes se forment, a déclaré Smit. Jusqu'à présent, il n'y a que quatre endroits dans le monde, y compris l'Afrique de l'Ouest et le Canada, avec des diamants qui contiennent à la fois des inclusions de sulfure et des minéraux utilisés pour dater la formation des diamants. Plus d'emplacements aideraient à retracer l'histoire de la Terre plus en détail, a déclaré Smit, mais ces études sont difficiles car les diamants sont détruits au cours du processus d'analyse.
"Nous avons besoin de diamants", a déclaré Smit, "pour détruire pour la science."
