SCIENZA E RICERCA

Un tuffo di 780 km per scoprire dove nascono i diamanti

Bisogna scendere fino a 780 km di profondità, all'interno del mantello inferiore della Terra, per trovare il carbonio purissimo, utile per comprendere moltissimi elementi riguardo la storia geologica del nostro pianeta e le sue trasformazioni. La scoperta è stata fatta da Fabrizio Nestola e dal suo team del dipartimento di Geoscienze dell'università di Padova, in collaborazione con le università canadesi di Alberta e della British Columbia di Vancouver, e pubblicata su Nature.

Uno dei principali obiettivi della geologia della Terra solida è quello di comprendere la mineralogia del nostro pianeta dalla superficie fino alle sue grandi profondità. Infatti, la composizione mineralogica (chimica, struttura cristallina e caratteristiche fisiche) del nostro pianeta combinata con le variazioni di pressione e temperatura influenzano l’intera dinamica terrestre.

In questo contesto entrano in gioco i diamanti naturali: questi rari e costosi “oggetti” sono capaci di fornire informazioni dirette da grandi profondità perché trasportano fino alla superficie impurità al loro interno in forma di micro frammenti di Terra profonda.

Fabrizio Nestola e il suo team, in collaborazione con i ricercatori delle università canadesi di Alberta e della British Columbia di Vancouver, hanno rinvenuto un piccolo cristallo con composizione CaSiO3 di appena 0.03 millimetri, inglobato all’interno di un frammento di diamante 40 volte più grande, che fornisce preziose informazioni sulle profondità alle quali possono cristallizzare i diamanti e sui processi di subduzione profondi. Il prezioso oggetto naturale dello studio proviene dalla miniera sudafricana vicino a Pretoria in cui nel 1869 venne rinvenuto il diamante grezzo più grande della storia - il famoso Cullinan dell’incredibile peso di 3.107 carati.

Le inclusioni di CaSiO3 scoperte da Fabrizio Nestola, in collaborazione con i ricercatori degli atenei canadesi di Alberta e della British Columbia di Vancouver, dimostrano che quel diamante si è formato all’incredibile profondità di 780 km in un settore della Terra chiamato “mantello inferiore” (dai 660 km fino al limite con il nucleo terrestre che inizia a 2.900 km di profondità).

Finora la formazione di diamanti nel mantello inferiore era stata solo ipotizzata data l’impossibilità materiale di raggiungere quelle profondità. Infatti solo attraverso esperimenti ad altissima pressione e temperatura effettuati in laboratorio si è teorizzato che nel mantello inferiore potrebbero essere rinvenute la perovskite Mg SiO3 (circa 75-80%), l’ossido (Mg,Fe)O (circa il 10-15%) e proprio la fase scoperta da Fabrizio Nestola, la perovskite CaSiO3 (circa 5-10%).

Un diamante da 507 carati proveniente dalla miniera di Cullinan in Sudafrica

Il cristallo individuato all’interno del diamante studiato appartiene a una grande famiglia di composti cristallini molto noti per le loro enormi applicazioni tecnologiche e chiamati “perovskiti”, poiché assumono lo stesso assetto alla scala atomica del minerale CaTiO3 (chiamato perovskite).

La composizione chimica della perovskite CaSiO3 rinvenuta nel diamante sudafricano è di estremo interesse perché non si presenta in forma pura, ma contiene un certo grado di impurezza cioè un 6% di titanio. Esperimenti in laboratorio indicano che un tale contenuto di Titanio nella CaSiO3 si può ottenere solo a una profondità di 780 km.

Non solo, la scoperta di Nestola fornisce una chiara evidenza dell’origine superficiale dell’impurità: il materiale che ha poi dato origine al cristallino CaSiO3 deriverebbe dalla crosta oceanica terrestre (materiale superficiale) che sarebbe andata in subduzione fino al mantello inferiore, come previsto da sempre dalla geofisica, ma mai dimostrato empiricamente prima di questa pubblicazione.

Infine dati di laboratorio indicano che la perovskite CaSiO3 rappresenta il quarto minerale più abbondante della terra dopo la perovskite MgSiO3, l’ossido di ferro e magnesio (Mg,Fe)O e l’olivina (Mg,Fe)2SiO4. La CaSiO3 è l’unica fase che riesce a trasportare dall’alto a grandi profondità elementi radioattivi come uranio e torio (U e Th). Questi ultimi potrebbero essere generatori di calore che a sua volta creano nuove e inaspettate dinamiche terrestri a quelle profondità. Per quest’ultima ipotesi, già validata in laboratorio,  manca ancora la conferma attraverso una consolidata statistica di campioni naturali.

Il lavoro pubblicato su Nature dimostra definitivamente che la crosta oceanica e il carbonio superficiale vengono subdotti fino al mantello inferiore e che, una volta raccolti dati in una statistica consolidata di campioni naturali, confermerebbe come la CaSiO3 trasporti elementi radioattivi a grandi profondità che contribuirebbero in modo significativo all’attuale produzione di calore del mantello.

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