Neue Einblicke in die frühe Struktur der alten Erde aus Diamanten, die vor 3,5 Milliarden Jahren entstanden sind. Ein Wissenschaftler nannte Diamanten "die perfekten kleinen Zeitkapseln".
Eine Sammlung der Witwatersrand-Diamanten. Diese Diamanten haben kürzlich gezeigt, wie lange die Landkruste der Erde die Bewegung der Plattentektonik durchlaufen hat. Bild über die Wits University
Plattentektonik, die Theorie, die Bewegungen in großem Maßstab zwischen enormen Abschnitten der Erdkruste beschreibt, ist der Prozess, der Berge und Gräben in der Mitte des Ozeans formt und Erdbeben und Vulkanausbrüche verursacht. Aber wann begann die Plattentektonik auf unserem Planeten? Eine kürzlich durchgeführte Analyse von Stickstoffatomen, die in antiken Diamanten gefangen sind, ergab, dass die Plattentektonik bereits vor 3,5 Milliarden Jahren in vollem Gange war. Diese Ergebnisse von Wissenschaftlern aus Südafrika und Kanada wurden in der Januar-Ausgabe 2016 von veröffentlicht Natur Geowissenschaften.
Die großen, sich langsam bewegenden Platten der Erdkruste liegen auf dem Erdmantel, einer Gesteinsschicht, die sich etwa 7 bis 2.800 km unter der Oberfläche erstreckt. Plattenbewegungen werden durch Wechselwirkungen zwischen der Kruste und den Konvektionszellen im Mantel ausgelöst, bei denen das erhitzte Material von unten aufsteigt und das kühlere Material nach unten sinkt.
Entlang der Plattenränder, die als Mittelozeangrat bezeichnet werden, wird Mantelmaterial herausgedrückt, um eine neue Kruste zu erzeugen. An den als Subduktionszonen bezeichneten Plattenrändern wird die alte Kruste einschließlich Sediment und organischem Material in den Mantel hineingezogen.
Es wird angenommen, dass sich die Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren gebildet hat, aber es besteht eine gewisse Unsicherheit darüber, wann die Plattentektonik zum ersten Mal begann. Die geochemische Analyse der ältesten bekannten Gesteine weist nur wenige Hinweise auf einen Bereich für die früheste bekannte tektonische Plattenaktivität vor 3,8 bis 3 Milliarden Jahren auf.
In den antiken Diamanten sind jedoch Spuren der tiefen Vergangenheit verborgen. Dr. Katie Smart von der Wits University in Johannesburg, leitende Forscherin für die neue Studie, sagte in einer Erklärung:
Da Diamanten zu den härtesten und robustesten Materialien der Erde gehören, sind sie perfekte kleine Zeitkapseln und können uns sagen, welche Prozesse extrem früh in der Erdgeschichte stattgefunden haben.
Ein Beispiel für die innere Struktur der Erde. Bild über Kelvinsong bei Wikipedia Commons.
Im Erdmantel bilden sich Diamanten. Sie werden durch vulkanische Aktivität an die Oberfläche gebracht. Die meisten Diamanten sind jünger als drei Milliarden Jahre. Die drei von Dr. Smart und ihren Kollegen analysierten Diamanten stammten jedoch aus der Witwatersrand Supergroup, eine drei Milliarden Jahre alte Sedimentgesteinsformation in Johannesburg, Südafrika.
Die Witwatersrand-Diamanten sind viel älter als drei Milliarden Jahre. Sie waren ursprünglich an anderer Stelle aufgetaucht, aus ihrem ursprünglichen Vulkangestein herausgefressen und in Sedimente transportiert worden, die sich schließlich in die Felsformation Witwatersrand verwandelten.
Während die Diamanten selbst nicht direkt datiert werden können, können Einschlüsse, die in den Diamanten während ihrer Entstehung eingeschlossen waren, wertvolle Informationen über deren Alter und Herkunft liefern.
In dieser Studie analysierten Smart und ihr Team den in den Diamanten eingeschlossenen Stickstoff. Die meisten Stickstoffatome enthalten sieben Protonen und 7 Neutronen, was einer Ordnungszahl von 14 entspricht. Einige Stickstoffatome haben aufgrund eines zusätzlichen Neutrons im Kern eine Ordnungszahl von 15. Das Verhältnis der Häufigkeit zwischen diesen beiden Stickstoffisotopen kann den Geowissenschaftlern helfen, die Herkunft des Stickstoffs besser zu verstehen.
Sagte Smart:
Anhand der Kohlenstoff- und Stickstoffisotopenzusammensetzungen der Diamanten können wir feststellen, woher das Ausgangsmaterial für die Bildung der Witwatersrand-Diamanten vor über 3 Milliarden Jahren stammt.
Die Stickstoffisotopenzusammensetzung der Witwatersrand-Diamanten deutete auf eine Sedimentquelle (Stickstoff, der von der Erdoberfläche stammt) hin, und dies zeigt, dass der in den Witwatersrand-Diamanten enthaltene Stickstoff nicht vom Erdmantel stammte, sondern vielmehr von der Erdoberfläche in den Erdmantel transportiert wurde der obere Mantel durch Plattentektonik.
Dies ist wichtig, da der in den Witwatersrand-Diamanten eingeschlossene Stickstoff darauf hindeutet, dass die Plattentektonik, wie wir sie heute erkennen, auf der alten archaischen Erde wirkte und aktiv Material an der Erdoberfläche tief in den Erdmantel transportierte.
Einer der Witwatersrand-Diamanten. Bild über die Wits University.
Fazit: Stickstoff in den Witwatersrand-Diamanten weist Eigenschaften auf, die darauf hindeuten, dass er aus Sedimenten auf der Erdoberfläche stammt.Es wurde in einer Subduktionszone entlang einer tektonischen Platte in den Erdmantel hineingezogen und dort in Diamanten eingebettet, die sich im Erdmantel gebildet hatten. Vulkanische Aktivitäten brachten diese Diamanten an die Erdoberfläche, wo sie wahrscheinlich eine 500-Millionen-Jahre-Reise zurücklegten: Sie erodierten von ihrem ursprünglichen Vulkangestein und wurden an einen anderen Ort transportiert, wo sie in Sedimenten abgelagert wurden, die schließlich zum 3 Milliarden Jahre alten Witwatersrand-Gestein wurden Formation. Die Geschichte dieses Diamanten zeigt, dass die Aktivität tektonischer Platten vor mindestens 3,5 Milliarden Jahren auf der Erde vorhanden war.