Алмазный рост в течение 2 миллиардов лет указывает на тектонический сдвиг в раннем углеродном цикле Земли

Исследование микроскопических минеральных включений в алмазах из Ботсваны показало, что кристаллы алмазов могут расти миллиарды лет. В одном образце в его внутренней части было обнаружено силикатное вещество, сформировавшееся 2,3 миллиарда лет назад, а ближе к внешнему краю — кристалл граната возрастом 250 миллионов лет. Это самый большой диапазон возрастов, когда-либо зафиксированный в одном образце. Анализ включений также предполагает, что способы обмена и отложения углерода между атмосферой, биосферой, океанами и геосферой могли значительно измениться за последние 2,5 миллиарда лет.

Шестнадцать алмазов из двух шахт на северо-востоке Ботсваны были проанализированы в исследовании: семь образцов из шахты Орапа и девять из шахты Летлакане. Команда из Vrije Universiteit (VU) Amsterdam измерила содержание радиоизотопов, азота и микроэлементов во включениях. Несмотря на близкое расположение шахт (всего 40 км друг от друга), алмазы из двух источников показали значительные различия в возрастном диапазоне и химическом составе включений.

Включения в алмазах Орапа датировались возрастом от примерно 400 миллионов до более 1,4 миллиарда лет. Возраст включений в алмазах Летлакане варьировался от менее 700 миллионов до 2–2,5 миллиарда лет. В каждом случае команда смогла связать возраст и состав материала включений с конкретными тектоническими событиями в земной коре, такими как столкновение плит, рифтогенез или магматизм. Это говорит о том, что формирование алмазов запускается колебаниями температуры и движением магматических флюидов, связанными с этими событиями.

«Хотя ювелир сочтет алмазы с большим количеством включений дефектными, для геолога это самые ценные и интересные экземпляры, — сказал соавтор исследования профессор Гарет Дэвис из VU Amsterdam. — Мы можем использовать включения для датирования разных частей отдельного алмаза, и это позволяет нам потенциально изучить, как процессы формирования алмазов могли меняться со временем и как это может быть связано с изменением углеродного цикла на Земле».

Алмазы Летлакане также предоставили редкую возможность заглянуть в раннюю историю Земли. Самые древние включения относятся ко времени до Великого кислородного события (GOE) около 2,3 миллиарда лет назад, когда кислород, производимый многоклеточными цианобактериями, начал наполнять атмосферу, радикально меняя процессы выветривания и формирования осадков и, следовательно, химию пород.

«Самые древние включения в алмазах содержат более высокую долю более легкого изотопа углерода. Поскольку фотосинтез благоприятствует более легкому изотопу, углероду-12, а не более тяжелому углероду-13, это обнаружение «легкого» соотношения предполагает, что органический материал биологического происхождения мог быть более обильным в зонах формирования алмазов в ранней истории Земли, чем мы находим сегодня, — пояснила ведущий автор исследования Сюзанна Тиммерман. — Более высокие температуры в недрах Земли до GOE могли повлиять на то, как углерод высвобождался в области формирования алмазов под континентальными плитами, и могут быть свидетельством фундаментального изменения тектонических процессов. Однако в настоящее время мы работаем с очень небольшим набором данных и нуждаемся в дальнейших исследованиях, чтобы установить, является ли это глобальным явлением».