Los diamantes de la mina Voorspoed de Sudáfrica han revelado la primera evidencia natural de aleaciones metálicas ricas en níquel que se forman en las profundidades del manto de la Tierra, entre 280 y 470 km. Este hallazgo no solo confirma las predicciones de larga data sobre las condiciones redox del manto, sino que también destaca cómo tales procesos pueden alimentar la formación de diamantes de magmas ricos en volátiles que entran en erupción desde cientos de kilómetros y traen el diamante a la superficie.
El manto de la Tierra es un motor inquieto y enigmático que impulsa el vulcanismo, recicla la corteza y regula la evolución a largo plazo del planeta. Pero una de sus características más elusivas, el estado redox, o el equilibrio de especies químicas oxidadas y reducidas, sigue siendo difícil de medir directamente.
Un nuevo estudio dirigido por Yael Kempe y Yaakov Weiss, del Instituto de Ciencias de la Tierra de la Universidad Hebrea, ofrece una rara visión de estos procesos profundos, capturados dentro de nano y microinclusiones en diamantes de la mina Voorspoed de Sudáfrica.
Un raro descubrimiento en las profundidades
Durante décadas, los modelos y los experimentos de alta presión han sugerido que las aleaciones metálicas ricas en níquel deberían estabilizarse en el manto a profundidades de aproximadamente 250-300 km. Sin embargo, las muestras naturales que confirman estas predicciones han sido cada vez más escasas.
Trabajando con colegas de la Universidad de Nevada, la Universidad de Cambridge y el Centro para Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad Hebrea, el equipo de Weiss ahora ha identificado nanoinclusiones metálicas de níquel-hierro y microinclusiones de carbonato ricas en níquel preservadas dentro de diamantes que se formaron entre 280 y 470 km debajo de la superficie de la Tierra. Estas inclusiones representan la primera evidencia directa de aleaciones ricas en níquel a su profundidad predicha, una validación largamente buscada de los modelos redox del manto.
La carga mineral de los diamantes también incluye coesita, fases aluminosas ricas en K e inclusiones moleculares de nitrógeno sólido, lo que proporciona múltiples marcadores de presión que restringen firmemente su origen al manto superior profundo y la zona de transición poco profunda.
Instantáneas redox congeladas en carbono
La importancia del hallazgo va más allá de la simple confirmación de los modelos teóricos. La coexistencia de aleación de níquel-hierro y carbonato rico en níquel apunta a una reacción metasomática de congelación redox, una interacción dinámica en la que una masa fundida carbonática-silícica oxidada se infiltró peridotita reducida que contiene metal. Se une a la evidencia anterior de profundidades menos profundas de que este es el principal modo de formación de diamantes naturales.
En este entorno, la oxidación preferencial del hierro en relación con el níquel impulsó el enriquecimiento de la aleación residual en níquel. Al mismo tiempo, los carbonatos y diamantes ricos en níquel cristalizaron a partir de la masa fundida. En efecto, los diamantes congelaron un momento geoquímico fugaz: la conversión de una roca del manto reducida en un dominio más oxidado y rico en volátiles y la reducción de carbonatos para formar diamantes.
“Esta es una rara instantánea de la química del manto en acción”, dice Weiss. “Los diamantes actúan como pequeñas cápsulas del tiempo, preservando una reacción que de otro modo desaparecería a medida que los minerales se reequilibran con su entorno”.
Implicaciones para la dinámica del manto y el magmatismo
Estos hallazgos tienen amplias implicaciones. Si las reacciones metasomáticas localizadas oxidan periódicamente pequeñas porciones del manto, pueden ayudar a explicar por qué algunas inclusiones en otros diamantes superprofundos registran condiciones de oxidación inesperadamente altas.
Tales procesos también arrojan luz sobre los orígenes de los magmas ricos en volátiles. El enriquecimiento de peridotita del manto en carbonato, potasio y elementos incompatibles durante estos eventos redox podría preparar el manto para la formación posterior de kimberlitas, lamprophyres e incluso algunos basaltos de las islas oceánicas. En otras palabras, las pequeñas inclusiones en los diamantes Voorspoed insinúan vínculos a gran escala entre la subducción, la dinámica redox del manto y la generación de magmas que dan forma a los continentes y traen diamantes a la superficie.
Los diamantes como testigos del manto
El estudio subraya el valor científico de los diamantes como algo más que piedras preciosas. Sus inclusiones, ya sean aleaciones a escala nanométrica o minerales de alta presión, ofrecen uno de los únicos registros naturales de condiciones a cientos de kilómetros bajo nuestros pies.
El trabajo de Kempe y Weiss marca un hito: la primera confirmación natural de aleaciones ricas en níquel a profundidades del manto predichas por la teoría, y una vívida ilustración de cómo evoluciona el paisaje redox de la Tierra profunda a través de la interacción melt-rock.
A medida que los investigadores continúan investigando estas cápsulas del tiempo minerales, es posible que descubramos que los diamantes, que alguna vez fueron símbolos de permanencia, también son narradores de cambios, dando testimonio de la química oculta del manto y los procesos que continúan dando forma a nuestro planeta dinámico.
El artículo de investigación titulado “Redox state of the deep upper mantle recorded by nickel-rich diamond inclusions”, ya está disponible en Nature Geoscience.
Investigadores:
Yael Kempe1, Sergei Remennik2, Oliver Tschauner3, Oded Navon1, Tim J. B. Holland4 y Yaakov Weiss1.
Instituciones:
1) Instituto para las Ciencias de la Tierra, Universidad Hebrea de Jerusalem.
2) Centro de Nanociencia y Nanotecnología, Universidad Hebrea de Jerusalem.
3) Departamento de Geociencias, Universidad de Nevada.
4) Departamento de Ciencias de la Tierra, Universidad de Cambridge.
