Une nouvelle étude révèle que les diamants les plus gros et les plus précieux du monde peuvent naître dans des poches de métal liquide situées profondément dans la Terre.
Cette découverte suggère que des poches de métal liquide parsemées dans toute la couche du manteau terrestre, entre la croûte et le noyau de la planète, pourraient jouer un rôle clé dans la façon dont le carbone et d'autres éléments sont essentiels au cycle de vie entre l'intérieur de la Terre et la surface de la planète, selon les chercheurs.
En général, les diamants se forment profondément dans la roche chaude du manteau terrestre, remontant à la surface avec des éruptions volcaniques. Le plus gros diamant de qualité gemme trouvé à ce jour est le diamant Cullinan, qui a été mis au jour en Afrique du Sud en 1905. Le diamant de 3 106,75 carats, qui a ensuite été découpé en plusieurs pièces polies, pesait à l'origine 1,37 lb. (621,35 grammes) et mesurait environ 3,86 pouces (9,8 centimètres) de long.
Des recherches antérieures ont montré que les plus gros diamants de qualité gemme au monde se distinguent des petits bijoux non seulement par leur taille, mais aussi par leur composition et leur structure.
"Ils contiennent très peu d'inclusions, c'est-à-dire des matériaux qui ne sont pas des diamants", a déclaré Evan Smith, auteur principal de l'étude, géologue au Gemological Institute of America à New York. "Ils sont également relativement purs, ce qui signifie que la plupart de ces diamants sont faits uniquement d'atomes de carbone, contrairement à beaucoup d'autres diamants, qui contiennent des atomes d'azote ici et là se substituant à leurs atomes de carbone."
De plus, lorsque les plus gros diamants sont dans leur état brut et non poli, "ils ont une forme irrégulière, comme une sucette qui est dans la bouche de quelqu'un depuis un moment, au lieu des jolis cristaux symétriques auxquels on pense souvent avec des diamants". Smith a dit à Live Science.
Ces différences ont conduit les scientifiques à spéculer que les gros diamants pourraient se former de différentes manières à partir de diamants plus petits et plus communs. Cependant, les plus gros diamants de qualité gemme au monde "valent tellement d'argent qu'il est très difficile d'y accéder pour la recherche", a déclaré Smith. Cela a entravé des études qui pourraient résoudre le mystère de l'origine de ces grandes pierres précieuses, a-t-il expliqué.
Maintenant, Smith et ses collègues ont analysé 42 spécimens finis de ces bijoux qui ont chacun été prêtés aux chercheurs pendant quelques heures à la fois. En outre, les scientifiques ont examiné deux échantillons inachevés et neuf soi-disant «chutes», les morceaux restants après que les facettes d'un bijou ont été coupées et polies pour un éclat maximal.
Les chercheurs ont détecté de minuscules grains métalliques piégés à l'intérieur de ces échantillons. Les inclusions étaient constituées de mélanges solidifiés de fer, de nickel, de carbone et de soufre, une combinaison jamais vue dans les diamants communs, a déclaré le co-auteur de l'étude Steven Shirey, géochimiste à la Carnegie Institution for Science à Washington, DC. Les scientifiques ont également détecté des traces de méthane et l'hydrogène dans les espaces minces entre ces inclusions et le diamant enveloppant.
Les grains métalliques sont la preuve que les diamants massifs ont probablement des origines inhabituelles, ont déclaré les chercheurs. La chimie de ces inclusions métalliques suggère que les gros diamants cristallisent dans des poches de liquide métallique. En revanche, d'autres diamants poussent probablement à partir d'une soupe chimique chargée de carbone, d'oxygène et d'hydrogène, a déclaré Smith.
Un certain nombre des échantillons examinés par les chercheurs possédaient également des inclusions minérales contenant du silicium qui se forment aux hautes pressions trouvées à des profondeurs extrêmes, ont déclaré les scientifiques. Les chercheurs ont estimé que les gros diamants sont des gemmes "super-profondes" qui se forment probablement à des profondeurs d'environ 254 à 410 miles (410 à 660 kilomètres). En comparaison, des recherches antérieures ont suggéré que la plupart des autres diamants gemmes se forment à des profondeurs de seulement 93 à 124 miles (150 à 200 km).
Ces résultats fournissent des preuves directes de réactions chimiques théoriquement suspectées depuis longtemps dans le manteau terrestre qui créent des poches d'alliage métallique fer-nickel, a déclaré Smith. La plupart du fer et du nickel dans le manteau terrestre, en revanche, est généralement lié à l'oxygène ou à un autre produit chimique, a-t-il expliqué.
Bien que de gros diamants et des diamants plus communs soient parfois trouvés ensemble, cela ne signifie pas qu'ils se sont formés ensemble, a déclaré Shirey à Live Science. Au lieu de cela, le même magma qui coule vers le haut pour amener de gros diamants à la surface peut également entraîner des diamants plus petits qui se sont formés à des profondeurs plus faibles, a-t-il déclaré.
Ces résultats ne doivent pas être considérés comme suggérant "qu'il existe un océan de métal liquide au plus profond du manteau terrestre", a déclaré Smith. Le métal liquide ne vient probablement que dans des poches "limitées à peut-être du poing, si je devine, qui sont poivrées tout au long du manteau", a-t-il ajouté.
"Il n'y a pas beaucoup de ce fer métallique - seulement environ 1 pour cent environ du manteau", a déclaré Smith. «Pourtant, cela change la façon dont nous devons penser à la Terre plus profonde, car des éléments comme le carbone se dissolvent bien dans le fer métallique. Cela signifie que la présence de ce métal peut avoir un impact sur le cycle du carbone, de l'azote et de l'hydrogène de la Terre profonde à la surface. , du manteau terrestre à l'endroit où nous vivons. "
Les recherches futures pourraient étudier quels sont les autres éléments de ces gros diamants ou leurs chutes, et quels isotopes sont inclus, a déclaré Smith.
"Cela pourrait aider à faire la lumière sur l'origine de ce métal. D'où vient-il, comment se forme-t-il, quelle est sa durée de vie, à quels processus participe-t-il", a-t-il déclaré.
Les scientifiques ont détaillé leurs résultats en ligne aujourd'hui (15 décembre) dans la revue Science.
