Depth of formation of super-deep diamonds

I diamanti e le inclusioni minerali da essi intrappolate durante l’accrescimento sono campioni inalterati provenienti dal mantello terreste che possono fornire importanti informazioni sull’interno della Terra, a patto di conoscerne la reale profondità di formazione. La maggior parte dei diamanti sono litosferici, mentre la profondità di formazione dei diamanti super-profondi (DSS), che rappresentano solo il 6% del totale, è ancora incerta. Le inclusioni in essi contenute sono ritenute essere i prodotti di trasformazione retrograda da precursori stabili nel mantello inferiore o nella zona di transizione e, sulla base di ciò, si pensa che i DSS si formino in condizioni sub-litosferiche, tra 300 e 800 km di profondità. L’obiettivo di questa tesi è ottenere la reale profondità di formazione dei DSS tramite lo studio non distruttivo delle più comuni inclusioni in essi racchiuse. Abbiamo studiato circa 40 diamanti contenenti CaSiO3-walstromite o ferropericlasio utilizzando la diffrazione a raggi X a cristallo singolo, la spettroscopia micro-Raman, la microscopia elettronica a scansione con sorgente ad emissione di campo, la tomografia a raggi X in luce di sincrotrone e la spettroscopia Mössbauer in luce di sincrotrone. In più, sono stati eseguiti degli esperimenti in cella a incudine di diamante mediante riscaldamento laser sulla jeffbenite sintetica allo scopo di verificare se l’assenza di Ti estende il suo campo di stabilità rispetto a studi precedenti. Infine, la geobarometria elastica è stata applicata sia sul ferropericlasio che sulla CaSiO3-walstromite, in quest’ultimo caso combinata con calcoli termodinamici e ab initio. Uno dei principali risultati suggerisce che la CaSiO3-walstromite sia sub-litosferica, ma che una trasformazione retrograda dalla CaSiO3-perovskite sia possibile solo se il diamante si espande del ~30%. Inoltre, gli esperimenti in alta pressione e temperatura indicano che la jeffbenite povera di Ti sia stabile nella zona di transizione o all’inizio del mantello inferiore, pertanto può essere considerata una fase indicatrice per i DSS. Infine, la presenza di essoluzioni di magnesioferrite nelle inclusioni di ferropericlasio, insieme coi risultati della geobarometria elastica, suggeriscono che tali inclusioni non possano, da sole, rappresentare un’origine dei diamanti nel mantello inferiore.