Diamanten traceren oude stromingen in aardmantel

Natuurlijke diamanten hebben niet alleen een economische, maar ook een wetenschappelijke waarde. Zij zijn ontstaan uit zuivere koolstof dat bij zeer hoge druk en temperatuur in de aardmantel is gekristalliseerd.

De diamantkristallen kwamen later via vulkanische processen omhoog naar de aardkorst, waar zij nu worden gevonden in gesteenten (kimberlieten geheten) die zich in de vorm van smalle "pijpen' naar het aardoppervlak uitstrekken. Als vrijwel ondoordringbare en chemisch onaantastbare "capsules' bevatten diamanten mineraalresten die tijdens de kristallisatie werden ingesloten. Deze insluitsels, die zelden groter zijn dan 0,1 millimeter, kunnen belangrijke informatie geven over de processen die er in de aardmantel hebben plaatsgevonden.

Australische en Britse geologen hebben insluitsels bestudeerd van verschillende diamanten die afkomstig waren uit acht kimberlietpijpen in drie winningsgebieden (kratons) in Zuid-Afrika, om meer te weten te komen over de eigenschappen van het mantelgesteente waaruit zij zijn ontstaan. Al eerder hadden onderzoekers er op gewezen dat de verhouding tussen verschillende zwavelisotopen van de mantel van plaats tot plaats sterk kan variëren. Dit zou een gevolg kunnen zijn van het terugzakken van gesteenten uit de aardkorst naar de mantel: het proces dat beschreven wordt door de platentektoniek. Deze suggestie wordt nu door de diamant-insluitsels bevestigd; de variaties zijn zelfs nog groter dan men tot nu toe dacht. Uit de zwavelisotopen van sommige insluitsels blijkt dat zij niet in zuiver mantelgesteente zijn ontstaan, maar in mantelgesteente dat vermengd was met gesteenten van de aardkorst (Nature 353, p. 601).

De ouderdom van de mineralen in de insluitsels kon worden afgeleid met behulp van zogeheten radiometrische ouderdomsbepalingen. Daartoe mat men de concentraties van bepaalde isotopen van thorium, uranium en lood in de insluitsels. Thorium en uranium vervallen in zeer langzame maar bekende tempo's tot lood. Uit de concentraties kon worden afgeleid dat de insluitsels zeer oud waren: 2 tot 2,5 miljard jaar. Dit wil niet zeggen dat dat ook de diamanten zelf zo oud moeten zijn, omdat het insluiten van de mineralen op een veel later tijdstip kan hebben plaatsgevonden. Toch menen de onderzoekers te kunnen vaststellen dat de diamanten minstens een miljard jaar oud moeten zijn. Dit zou betekenen dat het proces van het in de mantel terugzakken van stukken van de aardkorst, dus het proces van platentektoniek, al minstens een miljard jaar bezig is. Dat is het dubbele van de tijd die men vindt bij onderzoek van gesteenten aan het aardoppervlak.