Superdeep-Diamanten bieten einen Einblick in das Wachstum des Superkontinents

Diamanten enthalten Hinweise auf Mantelgesteine, die dazu beigetragen haben, den alten Superkontinent Gondwana von unten zu tragen und wachsen zu lassen, so eine neue Forschung eines Wissenschaftlerteams unter der Leitung von Suzette Timmerman – früher von der University of Alberta und jetzt an der Universität Bern –, zu dem auch die Carnegie-Forschung gehört Steven Shirey, Michael Walter und Andrew Steele. Ihre Ergebnisse, veröffentlicht in Naturzeigen, dass supertiefe Diamanten ein Fenster durch Raum und Zeit in den Wachstums- und Entstehungsprozess des Superkontinents bieten können.

Über Milliarden von Jahren wurden die Landmassen der Erde durch Plattentektonik auseinandergerissen und wieder zusammengeschmettert, wodurch in regelmäßigen Abständen riesige Superkontinente entstanden. Dieser Entstehungsprozess resultiert aus der großräumigen Konvektion des Planetenmantels. Die Aufzeichnungen dieser Ereignisse sind jedoch nur unzureichend erhalten, da die ozeanische Kruste jung ist und durch einen Prozess namens Subduktion kontinuierlich unter die Planetenoberfläche sinkt, während die kontinentale Kruste nur einen begrenzten Einblick in die Tiefenwirkung der Erde bietet.

Überraschenderweise konnte das Forscherteam zeigen, dass supertiefe Diamanten, die sich zwischen 300 und 700 Kilometern unter der Erdoberfläche gebildet haben, Aufschluss darüber geben können, wie Material zur Basis eines einst mächtigen Superkontinents hinzugefügt wurde.

„Diese Diamanten ermöglichen es uns zu sehen, wie tektonische Prozesse in tiefen Platten mit dem Superkontinentzyklus zusammenhängen“, sagte Shirey.

Es wird angenommen, dass sich der Superkontinent Gondwana vor 800 bis 550 Millionen Jahren im Neoproterozoikum gebildet hat. Es begann am heutigen Südpol und umfasste die Landmassen, die das heutige Südamerika, Afrika, den Nahen Osten, Indien und Australien ausmachen.

„Durch die Aufdeckung der geologischen Prozesse, die zum Wachstum Gondwanas beigetragen haben, können Wissenschaftler die Kräfte besser verstehen, die die Erdgeschichte und das Phänomen der kontinentalen Stabilität geprägt haben, was – natürlich – von grundlegender Bedeutung für den letztendlichen Erfolg des Lebens auf unserem Planeten ist“, fügte Walter hinzu.

Etwa 40 bis 250 Kilometer unter der Oberfläche bilden geologische Formationen, sogenannte Mantelkiele, die Grundlage der kontinentalen Kruste. Das Material, aus dem diese Kiele bestehen, verdickte sich, stabilisierte sich und kühlte unter den Kontinentalblöcken ab, um starke, schwimmende Strukturen zu bilden, die den unerbittlichen zerstörerischen Kräften der tektonischen Aktivität der Erde widerstehen können.

Überreste des Mantelgesteins, das zur Bildung des Kiels beigetragen hat, finden sich in winzigen Silikat- und Sulfideinschlüssen, die in diesen supertiefen Diamanten verborgen sind. Diese Einschlüsse sind typische Fehler in normalen Edelsteindiamanten und die besten Freunde eines Geowissenschaftlers. Sie wurden identifiziert, isoliert, kristallographisch untersucht und anschließend radiometrisch datiert, um ihr geologisches Alter zu bestimmen.

Diese Arbeit wurde von Forschern der University of Alberta und der Carnegie Institution for Science sowie von anderen Teams von Diamantenspezialisten an der Vrije Universiteit Amsterdam, der University of Bristol und der University of Padua durchgeführt. Es erforderte viele Schritte, einschließlich des mehrmaligen Versands der Diamanten rund um die Welt, und den Einsatz einiger der präzisesten verfügbaren Massenspektrometer und Röntgendiffraktometer.

„Die Untersuchung solch seltener Proben mit einer Vielzahl von Messtechniken erforderte große Teamarbeit. Aber noch bemerkenswerter ist, wie sorgfältige Analysen solch winziger Materialmengen Aufschluss über die Entwicklung der größten kontinentalen Landmassen der Erde geben können“, erklärte Timmerman.

„Das Alter dieser Einschlüsse gibt Aufschluss darüber, wann der schwimmende Mantel von unten zu Gondwana hinzugefügt wurde und so den Superkontinent aufbaute, untermauerte und wuchs“, fügte Shirey hinzu.

Dann, vor etwa 120 Millionen Jahren, begann der Superkontinent, der einst von den Gesteinen getragen wurde, in denen sich diese Diamanten befanden, aufzubrechen, und schließlich wurden 30 Millionen Jahre später – vor etwa 90 Millionen Jahren – die Diamanten – und die darin eingeschlossenen Einschlüsse – mitgebracht in heftigen Vulkanausbrüchen von diamanthaltigem Kimberlit-Magma an die Erdoberfläche gelangt.

Durch die Kombination ihrer Laboranalysen mit bestehenden Modellen der tektonischen Bewegung und der Kontinentwanderung können die Forscher nun diese bemerkenswert weit gereisten Diamanten nutzen, um zu verstehen, wie Material Kontinentalfragmente von unten zusammenschweißt und so eine so übergroße kontinentale Landmasse stabilisiert.