Forscher haben in Diamanten aus der südafrikanischen Voorspoed-Mine nickelreiche metallische Einschlüsse entdeckt. Diese Funde stellen die erste direkte natürliche Bestätigung für Reaktionen dar, die tief im Erdmantel stattfinden sollen und liefern wertvolle Einblicke in die inneren Prozesse unseres Planeten sowie die Entstehung von flüchtigen, magmatischen Gesteinen.
Die in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlichte Untersuchung wurde von einem Team unter der Leitung von Yael Kempe und Yaakov Weiss vom Institut für Geowissenschaften der Hebräischen Universität durchgeführt. Sie analysierten Diamanten, die sich zwischen 280 und 470 Kilometern Tiefe unter der Erdoberfläche gebildet haben. In diesen Diamanten wurden nickel-eisenhaltige metallische Nanoeinschlüsse und nickelreiche Karbonat-Mikroeinschlüsse identifiziert. Diese stellen die erste natürliche Bestätigung für nickelreiche Legierungen in Tiefen dar, die zuvor nur durch theoretische Modelle vorhergesagt wurden.
Die Anwesenheit von sowohl Nickel-Eisen-Legierungen als auch nickelreichen Karbonaten deutet auf eine „Redox-Einfrierungsreaktion“ hin. Bei diesem Prozess infiltriert eine oxidierte, karbonatitisch-silikatische Schmelze reduziertes, metallhaltiges Peridotit, was zur Bildung von Diamanten führt. Diese Interaktion fängt einen flüchtigen geochemischen Moment ein, indem sie reduziertes Mantelgestein in ein stärker oxidiertes, flüchtigkeitsreiches Gebiet umwandelt und dabei Karbonate und die Diamanten selbst aus der Schmelze kristallisieren. Die Wissenschaftler vermuten, dass solche Prozesse erklären könnten, warum einige Einschlüsse in anderen supertiefen Diamanten unerwartet hohe oxidierte Bedingungen aufweisen.
Diese Erkenntnisse haben weitreichende Auswirkungen auf das Verständnis der Manteldynamik und der Entstehung von Magmen. Die periodische Oxidation kleiner Teile des Mantels könnte erklären, warum einige Einschlüsse in anderen supertiefen Diamanten unerwartet hohe oxidierte Bedingungen aufweisen. Solche Prozesse werfen auch Licht auf die Ursprünge von flüchtigen Magmen. Die Anreicherung von Mantelperidotit mit Karbonat, Kalium und inkompatiblen Elementen während dieser Redoxereignisse könnte den Mantel für die spätere Bildung von Kimberliten, Lamprophyren und sogar einigen ozeanischen Inselbasalten vorbereiten.
Die Studie unterstreicht den wissenschaftlichen Wert von Diamanten, die weit mehr als nur Edelsteine sind. Ihre Einschlüsse – seien es nanometergroße Legierungen oder Hochdruckminerale – bieten einen der wenigen natürlichen Aufzeichnungen von Bedingungen Hunderte von Kilometern unter unseren Füßen. Die Arbeit von Kempe und Weiss markiert einen Meilenstein: die erste natürliche Bestätigung von nickelreichen Legierungen in vom theoretischen Modell vorhergesagten Manteltiefen und eine lebendige Darstellung, wie sich die Redoxlandschaft des tiefen Erdmantels durch Schmelz-Gestein-Interaktionen entwickelt. Während Forscher diese mineralischen Zeitkapseln weiter untersuchen, könnten Diamanten mehr über die verborgene Chemie des Mantels und die Prozesse enthüllen, die unseren dynamischen Planeten weiterhin formen.
Die Entdeckung liefert auch Belege dafür, dass die Anwesenheit von Nickel-Eisen-Legierungen und nickelreichen Karbonaten auf eine „Redox-Einfrierungsreaktion“ hindeutet, bei der eine oxidierte Schmelze in reduziertes Gestein eindringt und sowohl die Ursache als auch die Folge der Diamantbildung einfängt.