A gyémánt a geológus legjobb barátja

Amikor a Föld mélyéről, s az ott kialakult anyagokról szeretnénk többet megtudni, mindenképp a gyémánt a geológus legjobb barátja. A davemaoit nevű ásvány (CaSiO3) létezését évtizedek óta feltételezték, és nemrégiben – most először – egy több mint 660 kilométeres mélységben képződött gyémánt zárványaként elő is került. A köbös elrendeződésű kalcium-szilikát ásvány a fura nevét egy nagynyomású geofizikával foglalkozó szakember, Ho-kwang ’Dave’ Mao tiszteletére kapta. A felfedezésről a Las Vegasban lévő Nevadai Egyetem ásványtani szakembere, Oliver Tschauner vezette kutatócsoport a Science-ben számolt be. A kalcium-szilikát többféle kristályszerkezetet is felvehet, annak függvényében, hogy milyen nyomás- és hőmérsékleti viszonyok vannak a keletkezésekor.

Az ásvány a földköpeny alsó régiójának rendkívül fontos eleme, leginkább azért, mert olyan elemeket képes koncentrálni, mint például a ritkaföldfémek, illetve azok a radioaktív elemek, amelyek a földköpeny hőjének mintegy harmadáért felelősek.

Miért csak most került elő? Az ok abban rejlik, hogy amint kikerül a nagy mélységben fennálló magas hőmérséklet és hatalmas nyomás alól, elveszíti a kristályszerkezetét. (Egyetlen másik, ilyen nagynyomású környezetben keletkező szilikátásványt ismerünk, ez a bridgemanit, amelyre viszont erősen sokkolt meteoritban bukkantak rá 2014-ben, szintén hosszú idővel az elméleti feltételezését követően.) A normál nyomáson képződő kalcium-szilikát egészen másmilyen formát ölt, fehér, tűszerű kristályokkal.

Most egy botswanai gyémánt zárványaként igazolták az ásvány jelenlétét, mégpedig röntgendiffrakciós (XRD) és röntgenfluoreszcenciás, és infravörös spektroszkópos vizsgálat útján, s ebből kiderült az is, hogy az ásvány milyen sokféle elemet képes a szerkezetében összegyűjteni, így például káliumot, tóriumot, uránt, azaz a legfontosabb hőtermelő radioaktív elemeket. A kutatók felnyitották a gyémántot, és a kristály, amint kiszabadult a gyémántból, alig egy másodpercig maradt eredeti formájában, aztán tágulni, duzzadni kezdett, majd átalakult üveggé (üvegnek ez esetben a kristályszerkezet nélküli anyagot kell érteni). Az, hogy egyáltalában felkerült a Föld felszínére, pusztán a gyémánt szilárdságának köszönhető. A keletkezési mélységétől a felszínig a gyémánt, amelyben a kristályzárvány volt igen hosszú idő alatt jutott fel, 100 millió és 1,5 milliárd év közti időre volt ehhez szüksége. Az elméletek szerint a davemaoit kristályai a földköpeny alsó részének kb. 5-7 százalékát tehetik ki, és a jelenléte nélkül nem koncentrálódhatnának a radioaktív elemek, amelyek a Föld, mind a mai napig termelődő belső hőjét biztosítják.

Előfordulhat, hogy más, hasonlóan extra nagy mélységből származó gyémántban is lehet még ebből a különleges ásványból, ám egyelőre csak ez az egyetlen darab ismert. Számos más, ilyen mélységből származó gyémánt zárványai apránként elárulják, milyen viszonyok is uralkodnak bolygónk mélyén.