Ny indsigt i den gamle Jordas tidlige struktur fra diamanter dannet for 3,5 milliarder år siden. En videnskabsmand kaldte diamanter "de perfekte små tidskapsler."
En samling af Witwatersrand diamanter. Disse diamanter hjalp for nylig med at afsløre, hvor længe Jordens jordskorpe har gennemgået bevægelsen af pladetektonik. Billede via Wits University
Pladetektonik, teorien, der beskriver store bevægelser mellem enorme segmenter af jordskorpen, er processen, der former bjerge og midthavsgrave og forårsager jordskælv og vulkanudbrud. Men hvornår begyndte pladetektonik først på vores planet? En nylig analyse af nitrogenatomer fanget i gamle diamanter afslører, at pladetektonik var godt i gang allerede for 3,5 milliarder år siden. Disse fund, af forskere fra Sydafrika og Canada, blev offentliggjort i januar 2016-udgaven af Naturgeovidenskab.
De store langsomt bevægende plader på jordskorpen ligger øverst på mantlen, et klippelag, der strækker sig fra ca. 4 til 1.750 miles (7 til 2.800 km) under overfladen. Pladerbevægelser drives af interaktioner mellem skorpe og konvektionsceller i mantlen, hvor opvarmet materiale stiger nedenunder og køligere materiale synker nedad.
Langs plademargener kaldet midthavsrygge skubbes mantelmateriale ud for at skabe ny skorpe. Ved plademargener, der er kendt som subduktionszoner, trækkes gammel skorpe inklusive sediment og organisk materiale ned i mantlen.
Jorden antages at have dannet sig for omkring 4,5 milliarder år siden, men der er en vis usikkerhed omkring, hvornår pladetektonik først kom i gang. Geokemisk analyse af de ældste kendte klipper indeholder få spor, hvilket antyder et interval for den tidligste kendte tektoniske pladeaktivitet mellem 3,8 og 3 milliarder år siden.
Spor fra den dybe fortid er imidlertid skjult inden for gamle diamanter. Dr. Katie Smart fra Wits University i Johannesburg, ledende forsker for den nye undersøgelse, sagde i en erklæring:
Fordi diamanter er nogle af det hårdeste og mest robuste materiale på Jorden, er de perfekte små tidskapsler og har kapacitet til at fortælle os, hvilke processer der forekom ekstremt tidligt i Jordens historie.
En illustration af Jordens interne struktur. Billede via Kelvinsong på Wikipedia Commons.
Diamanter dannes i jordens mantel. De bringes til overfladen ved vulkansk aktivitet. De fleste diamanter er yngre end tre milliarder år. Men de tre diamanter, der blev analyseret af Dr. Smart og hendes kolleger, kom fra Witwatersrand Supergroup, en tre milliarder år gammel sedimentær klippedannelse i Johannesburg, Sydafrika.
Witwatersrand diamanter er meget ældre end tre milliarder år; de havde oprindeligt dukket op andetsteds, var eroderet ud af deres oprindelige vulkanske klippe og blev transporteret ind i sediment, der til sidst blev til Witwatersrand klippeformation.
Mens diamanter i sig selv ikke kan dateres direkte, kan indeslutninger, der blev fanget i diamanterne, mens de dannede, give værdifuld information om dens alder og oprindelse.
I denne undersøgelse analyserede Smart og hendes team nitrogen fanget i diamanter. De fleste nitrogenatomer indeholder syv protoner og 7 neutroner, hvilket giver det et atomnummer på 14. Nogle nitrogenatomer har et atomnummer på 15 på grund af en ekstra neutron i dens kerne. Forholdet mellem overflod mellem disse to isotoper af nitrogen kan hjælpe geovidenskabsmænd med bedre at forstå, hvor nitrogenet kom fra.
Sagde Smart:
Vi kan bruge kulstof- og nitrogenisotopkompositionerne af diamanter til at fortælle os, hvor kildematerialet, der var involveret i dannelsen af Witwatersrand-diamanter for mere end 3 milliarder år siden, kom fra.
Kvælstofisotopsammensætningen af Witwatersrand-diamanter indikerede en sedimentær kilde (nitrogen stammet fra jordoverfladen), og dette fortæller os, at nitrogenet indarbejdet i Witwatersrand-diamanter ikke kom fra jordens mantel, men at det snarere blev transporteret fra jordoverfladen ind i den øverste mantel gennem pladetektonik.
Dette er vigtigt, fordi nitrogenet fanget i Witwatersrand diamanter indikerer, at pladetektonik, som vi kender det i dag, arbejdede på den gamle arkæiske jord og aktivt transporterede materiale på jordoverfladen dybt ned i mantlen.
En af Witwatersrand diamanter. Billede via Wits University.
Nederste linje: Kvælstof i Witwatersrand diamanter har egenskaber, der antyder, at det stammer fra sediment på jordoverfladen.Det blev trukket ned i jordens mantel ved en subduktionszone langs en tektonisk plade, hvor den blev indlejret i diamanter, der blev dannet i mantelen. Vulkanaktivitet bragte disse diamanter til Jordens overflade, hvor det sandsynligvis tog en rejse på 500 millioner år: eroderer fra dens oprindelige vulkanske klippe og transporteres til et andet sted, hvor det blev afsat i sediment, der til sidst ville blive den 3 milliarder år gamle Witwatersrand klippe formation. Denne diamants historie viser, at tektonisk pladeaktivitet var til stede på Jorden for mindst 3,5 milliarder år siden.