Les diamants sont parfois décrits comme des messagers de la terre profonde; les scientifiques les étudient de près pour avoir un aperçu des profondeurs autrement inaccessibles d'où ils proviennent. Mais les messages sont souvent difficiles à lire. Maintenant, une équipe a trouvé un moyen de résoudre deux énigmes de longue date :les âges des diamants contenant des fluides, et la chimie de leur matériau parent. La recherche leur a permis d'esquisser des événements géologiques remontant à plus d'un milliard d'années - une percée potentielle non seulement dans l'étude des diamants, mais d'évolution planétaire.

Les diamants de qualité gemme sont des réseaux de carbone presque purs. Cette pureté élémentaire leur donne leur éclat; mais cela signifie également qu'ils portent très peu d'informations sur leur âge et leurs origines. Cependant, certains spécimens de qualité inférieure présentent des imperfections sous la forme de minuscules poches de liquide, vestiges des fluides plus complexes à partir desquels les cristaux ont évolué. En analysant ces fluides, les scientifiques de la nouvelle étude ont déterminé les moments où différents diamants se sont formés, et les conditions chimiques changeantes qui les entourent.

« Cela ouvre une fenêtre – eh bien, Disons, même une porte - à certaines des très grandes questions" sur l'évolution de la terre profonde et des continents, a déclaré l'auteur principal Yaakov Weiss, scientifique adjoint à l'observatoire terrestre de Lamont-Doherty de l'Université Columbia, où les analyses ont été faites, et maître de conférences à l'Université hébraïque de Jérusalem. "C'est la première fois que nous pouvons obtenir des âges fiables pour ces fluides." L'étude a été publiée cette semaine dans la revue Communication Nature .

On pense que la plupart des diamants se forment à environ 150 à 200 kilomètres sous la surface, dans des masses rocheuses relativement froides sous les continents. Le processus peut remonter à 3,5 milliards d'années, et continue probablement aujourd'hui. Parfois, ils sont portés vers le haut par de puissants, éruptions volcaniques profondes appelées kimberlites. (Ne vous attendez pas à en voir un aujourd'hui; les plus jeunes gisements de kimberlite connus ont des dizaines de millions d'années.)

Une grande partie de ce que nous savons sur les diamants provient d'expériences en laboratoire, et des études d'autres minéraux et roches qui viennent avec les diamants, ou y sont parfois même enfermés. Les 10 diamants étudiés par l'équipe provenaient de mines fondées par la société De Beers dans et autour de Kimberley, Afrique du Sud. "Nous aimons ceux que personne d'autre ne veut vraiment, " dit Weiss - fibreux, spécimens d'aspect sale contenant des impuretés solides ou liquides qui les disqualifient comme bijoux, mais contiennent des informations chimiques potentiellement précieuses. Jusqu'à maintenant, la plupart des chercheurs se sont concentrés sur les inclusions solides, comme de minuscules morceaux de grenat, pour déterminer l'âge des diamants. Mais les âges que les inclusions solides indiquent peuvent être discutables, parce que les inclusions peuvent s'être formées ou non en même temps que le diamant lui-même. Fluides encapsulés, d'autre part, sont la vraie chose, l'étoffe à partir de laquelle le diamant lui-même s'est formé.

Ce que Weiss et ses collègues ont fait, c'est de trouver un moyen de dater les fluides. Ils l'ont fait en mesurant des traces de thorium et d'uranium radioactifs, et leurs rapports à l'hélium-4, un isotope rare qui résulte de leur désintégration. Les scientifiques ont également déterminé la vitesse maximale à laquelle les petites molécules d'hélium agiles peuvent s'échapper du diamant - sans quelles données, les conclusions sur les âges basées sur l'abondance de l'isotope pourraient être très éloignées. (Comme il s'avère, les diamants sont très bons pour contenir de l'hélium.)

L'équipe a identifié trois périodes distinctes de formation du diamant. Tout cela a eu lieu dans des masses rocheuses distinctes qui ont finalement fusionné dans l'Afrique actuelle. La plus ancienne a eu lieu il y a entre 2,6 milliards et 700 millions d'années. Les inclusions fluides de cette époque présentent une composition distincte, extrêmement riche en minéraux carbonatés. La période a également coïncidé avec l'accumulation de grandes chaînes de montagnes à la surface, apparemment à cause des collisions et de l'écrasement des rochers. Ces collisions peuvent avoir quelque chose à voir avec la production des fluides riches en carbonates ci-dessous, bien qu'exactement comment est vague, disent les chercheurs.

La prochaine phase de formation du diamant s'est étendue sur une période possible de 550 millions à 300 millions d'années, alors que le continent proto-africain continuait à se réorganiser. En ce moment, les inclusions liquides montrent, les fluides étaient riches en minéraux de silice, indiquant un changement dans les conditions souterraines. La période a également coïncidé avec un autre épisode majeur de construction de montagnes.

La phase connue la plus récente a eu lieu il y a entre 130 millions d'années et 85 millions d'années. De nouveau, la composition du fluide a changé :maintenant, il était riche en composés salins contenant du sodium et du potassium. Cela suggère que le carbone à partir duquel ces diamants se sont formés ne provenait pas directement de la terre profonde, mais plutôt d'un fond océanique qui a été entraîné sous une masse continentale par subduction. Cette idée, que le carbone de certains diamants peut être recyclé de la surface, était autrefois considéré comme improbable, mais les recherches récentes de Weiss et d'autres ont augmenté sa valeur.

Une découverte intrigante :au moins un fluide encapsulé de diamant des époques les plus anciennes et les plus récentes. Le montre que de nouvelles couches peuvent être ajoutées aux anciens cristaux, permettant aux diamants individuels d'évoluer sur de longues périodes de temps.

C'est à la fin de cette période la plus récente, quand l'Afrique avait en grande partie pris sa forme actuelle, qu'une grande floraison d'éruptions de kimberlite a transporté tous les diamants étudiés par l'équipe à la surface. Les restes solidifiés de ces éruptions ont été découverts dans les années 1870, et sont devenus les célèbres mines de De Beers. La cause exacte de leur éruption fait toujours partie du puzzle.

Les minuscules gouttelettes entourées de diamants offrent un moyen rare de lier des événements qui se sont déroulés il y a longtemps à la surface avec ce qui se passait en même temps bien en dessous, disent les scientifiques. "Ce qui est fascinant, c'est vous pouvez contraindre tous ces différents épisodes des fluides, " dit Cornelia Class, géochimiste à Lamont-Doherty et coauteur de l'article. "L'Afrique australe est l'un des endroits les mieux étudiés au monde, mais nous avons très rarement pu voir au-delà des indications indirectes de ce qui s'est passé là-bas dans le passé."

Lorsqu'on lui a demandé si les résultats pourraient aider les géologues à trouver de nouveaux gisements de diamants, Weiss a juste ri. "Probablement pas, " dit-il. Mais, il a dit, la méthode pourrait être appliquée à d'autres régions du monde productrices de diamants, dont l'Australie, Brésil, et le nord du Canada et de la Russie, pour démêler les histoires profondes de ces régions, et développer de nouvelles connaissances sur l'évolution des continents.

"Ce sont vraiment de grandes questions, et il faudra beaucoup de temps aux gens pour les atteindre, " dit-il. " J'irai à la retraite, et n'ont toujours pas fini cette promenade. Mais au moins, cela nous donne de nouvelles idées sur la façon de découvrir comment les choses fonctionnent. »

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de Earth Institute, Université de Columbia http://blogs.ei.columbia.edu.