Τα συντριβάνια διαμαντιών που εκτοξεύθηκαν, 86 εκατ. χρόνια πριν, από μια ηφαιστειακή σχισμή της Αφρικής αποκαλύπτουν τη χαμένη ιστορία των υπερηπείρων της Γης [videos]

Στο λυκόφως της Κρητιδικής περιόδου -της πιο πρόσφατης από τις τρεις περιόδους (τριασική, ιουρασική, κρητιδική) του μεσοζωικού αιώνα- πριν από 86 εκατομμύρια χρόνια, μια ηφαιστειακή σχισμή στη σημερινή Νότια Αφρική ζωντάνεψε.

Κάτω από την επιφάνεια, μάγμα από βάθος εκατοντάδων χιλιομέτρων εκτοξεύτηκε προς τα πάνω με ιλιγγιώδη ταχύτητα «μασώντας» πέτρες και ορυκτά και μεταφέροντάς τα προς την επιφάνεια σε μια αντίστροφη χιονοστιβάδα.

Το πώς έμοιαζε αυτό στην επιφάνεια έχει χαθεί στην ιστορία, αλλά μπορεί να ήταν τόσο δραματικό όσο η έκρηξη του Βεζούβιου. Αυτό που άφησε πίσω του ήταν μια σειρά από σωλήνες σε σχήμα καρότου, γεμάτους με πύρινο βράχο, κάτω από χαμηλούς, ξεπερασμένους λευκούς λόφους.

Όπως καταγράφει η Στεφανία Παππά στο Live Science

Το 1869, η ανακάλυψη ενός μεγάλου, αστραφτερού βράχου από έναν βοσκό σε μια κοντινή όχθη ποταμού θα εκτόξευε αυτό το ανεπιτήδευτο τοπίο σε… δυσφημία. Ο βράχος ήταν ένα τεράστιο διαμάντι που τελικά θα γινόταν γνωστό ως το Αστέρι της Αφρικής και οι λευκοί λόφοι έκρυβαν αυτό που θα γινόταν το ορυχείο Kimberley, το επίκεντρο της διαμαντένιας ορμής της Νότιας Αφρικής και πιθανότατα η μεγαλύτερη τρύπα στη Γη που είχε σκαφτεί ποτέ με το χέρι.

• Χάρη στο ορυχείο Kimberley, που συχνά αποκαλείται «Η Μεγάλη Τρύπα», οι σχηματισμοί όπου βρίσκονται τα διαμάντια είναι πλέον γνωστοί ως κιμπερλίτες. Οι σχηματισμοί είναι πασπαλισμένοι σε όλη την υδρόγειο, από την Ουκρανία έως τη Σιβηρία και τη Δυτική Αυστραλία , αλλά είναι σχετικά μικροί και σπάνιοι. Αυτό που τα κάνει ξεχωριστά είναι ότι τα μάγματα τους προέρχονται από πολύ βαθιά.

Εξακολουθούν να υπάρχουν ερωτήματα σχετικά με το πόσο βάθος, αλλά είναι γνωστό ότι προέρχονται κάτω από τις βάσεις των ηπείρων στα σύνορα του θερμού, μεταφερόμενου μανδύα. Μερικά μπορεί να προέρχονται ακόμη πιο βαθιά, στη μετάβαση μεταξύ του άνω και του κάτω μανδύα.

• Ως εκ τούτου, αυτά τα μάγματα εισχωρούν σε πολύ βαθιά, αρχαία, πετρώματα και αλληλεπιδρούν με άλλες διεργασίες που συμβαίνουν μόνο στη βαθιά Γη – δηλαδή, το σχηματισμό διαμαντιών.

Για να κρυσταλλωθεί ο απλός παλιός άνθρακας σε σκληρό, σπινθηροβόλο διαμάντι απαιτεί μεγάλη πίεση, έτσι αυτοί οι πολύτιμοι λίθοι σχηματίζονται τουλάχιστον 93 μίλια (150 χιλιόμετρα) κάτω, στα βαθύτερα στρώματα της λιθόσφαιρας, ο επιστημονικός όρος για τον φλοιό και τον σχετικά άκαμπτο άνω μανδύα.

Μερικά, γνωστά ως υπολιθοσφαιρικά διαμάντια, σχηματίζονται ακόμη βαθύτερα, μέχρι περίπου 435 μίλια (700 km).

Οι Κιμπερλίτες, στα εκρηκτικά τους ταξίδια προς την επιφάνεια, πιάνουν διαμάντια και τα παρασέρνουν στον ανώτερο φλοιό, παραδίδοντάς τους σχετικά αλώβητους και μερικές φορές περιέχουν ακόμη και θύλακες υγρού από τον ίδιο τον μανδύα.

Οι ερευνητές γνώριζαν από καιρό ότι καθώς οι τεκτονικές πλάκες «αλέθονται» η μία κάτω από την άλλη, σύρουν τον άνθρακα από την επιφάνεια σε βάθη όπου μπορεί να κρυσταλλωθεί σε διαμάντι.

Τώρα, αρχίζουν να βλέπουν ότι ό,τι πέφτει πρέπει (μερικές φορές) να εμφανίζεται και ότι αυτή η επανεμφάνιση άνθρακα -που συμπιέζεται τώρα σε αστραφτερούς πολύτιμους λίθους- συνδέεται επίσης με τις κινήσεις των τεκτονικών πλακών. Συγκεκριμένα, τα διαμάντια φαίνεται να εκρήγνυνται όταν οι υπερήπειροι διασπώνται.

«Ενώ αυτές είναι διαφορετικές διαδικασίες, μαζί τα διαμάντια και ο κιμπερλίτης μπορούν να μας ενημερώσουν για τον κύκλο ζωής των χρόνων υπερηπείρου», δήλωσε η Suzette Timmerman , γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο της Βέρνης στην Ελβετία που μελετά τα διαμάντια.

Έρχεται στην επιφάνεια

Κανείς δεν έχει δει ποτέ έκρηξη κιμπερλίτη από πρώτο χέρι. Υπήρξαν πολύ λίγα τα τελευταία 50 εκατομμύρια χρόνια, και η πιο πρόσφατη πιθανή έκρηξη, στους λόφους Igwisi της Τανζανίας, συνέβη πριν από περισσότερα από 10.000 χρόνια.

• Όχι μόνο αυτό, αλλά το κύριο υλικό του κιμπερλίτη, το ορυκτό ολιβίνη, απομακρύνεται γρήγορα στην επιφάνεια, δήλωσε ο Hugo Olierook , ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Curtin στην Αυστραλία.

Αυτό κάνει τη μελέτη των κιμπερλιτών δύσκολη. Οι επιστήμονες είναι μπερδεμένοι, για παράδειγμα, σχετικά με τη χημεία της αρχικής πηγής του λιωμένου πετρώματος στον μανδύα, καθώς και με το πώς οι κιμπερλίτες καταφέρνουν να διατρυπήσουν τους σταθερούς πυρήνες αυτού που οι γεωεπιστήμονες αποκαλούν «κράτονες» – τα παχιά εσωτερικά μέρη των ηπείρων που συνήθως αντιστέκονται στη διαταραχή.

Μια χούφτα πρόσφατες μελέτες σκιαγραφούν μια νέα εξήγηση για το γιατί συμβαίνει αυτό. Η πρώτη ένδειξη είναι ο συγχρονισμός. Έχει παρατηρηθεί εδώ και καιρό ότι οι παλμοί της δραστηριότητας του κιμπερλίτη φαίνεται να αντιστοιχούν στον κατά προσέγγιση χρόνο διάλυσης των υπερηπείρων, δήλωσε ο Kelly Russell, ηφαιστειολόγος στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας στον Καναδά.

Μια μελέτη του 2018 με επικεφαλής τον Sebastian Tappe, έναν γεωεπιστήμονα στο Πανεπιστήμιο της Αρκτικής της Νορβηγίας, έριξε μια συνολική ματιά σε αυτή τη σύμπτωση χρονισμού και διαπίστωσε ότι ανέβηκε: Υπήρξε μια ακμή στις εκρήξεις κιμπερλίτη γύρω από τη διάλυση της υπερηπείρου Nuna περίπου 1,2 δισεκατομμύρια χρόνια πριν έως πριν από 1 δισεκατομμύριο χρόνια.

Ένας άλλος παλμός εμφανίστηκε μεταξύ 600 και 500 εκατομμυρίων ετών πριν, που συμπίπτει με τη διάλυση της υπερηπείρου Ροδίνια, σύμφωνα με την έρευνα του 2018, ακολουθούμενος από έναν μικρότερο παλμό μεταξύ 400 και 350 εκατομμυρίων ετών πριν.

Αλλά η πιο παραγωγική περίοδος, που αντιπροσωπεύει το 62,5% όλων των γνωστών κιμπερλιτών, συνέβη μεταξύ 250 και 50 εκατομμυρίων ετών πριν. Αυτό το εύρος τυχαίνει να συμπίπτει με τη διάλυση της υπερηπείρου Pangea. Σε ορισμένους ερευνητές, αυτό υποδηλώνει ότι οι κύκλοι των υπερηπείρων είναι ζωτικής σημασίας για τις εκρήξεις κιμπερλίτη.

«Η διάλυση αυτών των ηπείρων είναι θεμελιώδης για να σηκωθούν αυτά τα διαμάντια από αυτά τα βαθιά βάθη», είπε ο Olierook στο Live Science.

• Ο Olierook και η ομάδα του ανέλυσαν πρόσφατα τις ηλικίες των ασυνήθιστων ροζ διαμαντιών από έναν σχηματισμό στη δυτική Αυστραλία και ανακάλυψαν ότι πιθανότατα ήρθαν στην επιφάνεια περίπου 1,3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, μέσα στο παράθυρο της Nuna που διαλύθηκε. Η νέα ανακάλυψη συνδέει τα διαμάντια με το τέντωμα του ηπειρωτικού φλοιού, είπε ο Olierook.

«Είναι εκείνες οι δυνάμεις επέκτασης που επιτρέπουν σε αυτούς τους μικρούς θύλακες του βαθιά ριζωμένου μάγματος να ανέβουν στην κορυφή», είπε.

Η πορεία των κιμπερλιτών

Το δύσκολο ερώτημα, όμως, είναι πώς συμβαίνει αυτό. Για να αποκτήσετε έναν κιμπερλίτη, υπάρχουν δύο βασικά συστατικά: βαθύς, λιωμένος βράχος πλούσιος σε υγρά και μια ηπειρωτική διαταραχή που μπορεί να φέρει αυτό το τήγμα στην επιφάνεια.

• Κανείς δεν ξέρει τι προκαλεί το σχηματισμό του τήγματος κιμπερλίτη, αλλά η χημεία του κιμπερλίτη είναι πολύ διαφορετική από αυτή του πετρώματος του μανδύα από τον οποίο λιώνει. Οι κιμπερλίτες είναι επίσης πλούσιοι σε πτητικές ουσίες όπως το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα, κάτι που τους κάνει τόσο πλευστικούς και υψηλής ταχύτητας.

Πυροβολούν μέσα από το φλοιό όπως η σαμπάνια που ορμάει μέσα από ένα μπουκάλι χωρίς φελλό, ανεβαίνοντας με ταχύτητα έως και 83 mph (134 km/h). Για σύγκριση, τα μάγματα που ρέουν έξω από τα ηφαίστεια σε μέρη όπως η Χαβάη μεγιστοποιούνται σε περίπου 13,5 mph (21,7 km/h).

• Μια μελέτη του Αυγούστου του 2023 χρησιμοποίησε μοντελοποίηση υπολογιστή για να καταλάβει πώς οι κιμπερλίτες μπορούν να εκραγούν στις χοντρές καρδιές των ηπείρων . Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η διαδικασία του σχίσματος, κατά την οποία ο ηπειρωτικός φλοιός αποκολλάται, ήταν το κλειδί. Το τέντωμα δημιουργεί κορυφές και κοιλάδες τόσο στην επιφάνεια όσο και στη βάση της ηπείρου.

Στη βάση, αυτές οι οδοντωτές άκρες επιτρέπουν στα θερμά υλικά του μανδύα να ανεβαίνουν και στη συνέχεια να κρυώνουν και να πέφτουν, δημιουργώντας δίνες. Αυτές οι δίνες αναμειγνύουν υλικά από τη βάση των ηπείρων, δημιουργώντας τους αφρούς, πλευστικούς κιμπερλίτες, οι οποίοι στη συνέχεια μπορούν να εκτοξευθούν προς την επιφάνεια, μεταφέροντας τυχόν διαμάντια που μπορεί να τύχει να συναντήσουν στο δρόμο τους προς τα πάνω.

• Αυτή η διαδικασία ξεκίνησε ακριβώς εκεί που η ήπειρος χωριζόταν, αλλά η μοντελοποίηση έδειξε ότι αυτές οι οδοντωτές περιοχές σχηματισμού δινών αποσταθεροποίησαν τις γειτονικές περιοχές στον κράτωνα, δημιουργώντας την ίδια δυναμική όλο και πιο κοντά στο ηπειρωτικό εσωτερικό.

Το αποτέλεσμα ήταν ένα μοτίβο εκρήξεων κιμπερλίτη που ξεκινούσαν κοντά στη ζώνη του ρήγματος αλλά σταδιακά βαδίζονταν σε περιοχές σταθερού φλοιού. Αυτή η αργή πορεία εξηγεί γιατί οι παλμοί του κιμπερλίτη δεν κορυφώνονται μέχρι λίγο μετά την έναρξη μιας μεγάλης διάλυσης, είπε ο Thomas Gernon , γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο του Southampton στο Ηνωμένο Βασίλειο που ηγήθηκε της μελέτης.

«Θα δείτε ότι αυτές οι κορυφές κιμπερλίτη φαίνεται να συμβαίνουν μετά τη διάσπαση των μεγάλων υπερηπείρων», είπε. «Αλλά δεν είναι μόνο ένα χτύπημα· είναι κάτι που μπορεί να διαρκέσει πολύ καιρό μετά από χωρισμούς υπερηπείρων».

• Οι κιμπερλίτες μπορεί να είναι αρκετά συνηθισμένοι στις βάσεις των ηπείρων, είπε ο Tappe, του οποίου η μελέτη του 2018 σχετικά με τους κιμπερλίτες και τις διασπάσεις υπερηπείρων κατέληξε σε παρόμοια συμπεράσματα με εκείνη του Gernon.

Ο Tappe και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι αυτά τα τήγματα μπορεί να ήταν ιδιαίτερα εμφανή κατά τη διάλυση της Πανγαίας, επειδή ο μανδύας, ο οποίος ψύχεται αργά από τη στιγμή που στερεοποιήθηκε η Γη, έφτασε ακριβώς τη σωστή θερμοκρασία πριν από περίπου 250 εκατομμύρια χρόνια για να κυριαρχούν τήγματα τύπου κιμπερλίτη.

Πριν από εκείνη την περίοδο, οι βράχοι σε αυτήν την περιοχή μπορεί να ήταν πολύ ζεστοί για να πάρουν αυτόν τον συνδυασμό τήγματος και πτητικού υλικού που κάνει τους κιμπερλίτες τόσο εκρηκτικούς. Αυτός μπορεί να είναι ένας λόγος για τον οποίο τα περισσότερα ορυχεία διαμαντιών κιμπερλίτη χρονολογούνται από τη διάλυση της Πανγαίας.

Μηνύματα σε ένα διαμάντι

Όπως μαρτυρούν οι θαμποί, λευκοί λόφοι που κάποτε κάλυπταν το Ορυχείο Κίμπερλι, οι ίδιοι οι κιμπερλίτες δεν μπορούν να πουν πολλά για τον μανδύα από τον οποίο προήλθαν. Εξαφανίζονται μέσα σε λίγα χρόνια, χάνοντας πολλά από αυτά που τα κάνουν ενδιαφέροντα σε χημικό επίπεδο.

• Ωστόσο, τα διαμάντια που μεταφέρονται μέσα στους κιμπερλίτες είναι μια διαφορετική ιστορία. Έχουν τις δικές τους ιστορίες σχηματισμού που δεν συμπίπτουν με τον σχηματισμό του ίδιου του μάγματος του κιμπερλίτη.

Αλλά οι τυχαίες συναντήσεις τους εκατοντάδες μίλια κάτω από την επιφάνεια σημαίνουν ότι κομμάτια του μανδύα που διαφορετικά δεν θα έβλεπαν το φως της ημέρας μπορούν να φτάσουν στα ανθρώπινα χέρια.

Αυτά τα κομμάτια είναι μικροσκοπικές τσέπες υγρού από τη στιγμή που σχηματίστηκαν τα διαμάντια. Πολλά από αυτά τα “εγκλειάσματα” χρονολογούνται εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πριν, ενώ μερικά δείγματα μετρούν την ηλικία τους σε δισεκατομμύρια . Επιπλέον, μερικά από αυτά τα διαμάντια σχηματίζονται πολύ βαθιά στον μανδύα, έτσι ορισμένες πέτρες μπορούν να μεταφέρουν υλικά από το όριο μεταξύ του μανδύα και του πυρήνα.

• «Μόνο στους κιμπερλίτες μπορούμε να δούμε δείγματα που προέρχονται από 400 χιλιόμετρα [250 μίλια], ακόμη και κάτω από 2.000 χιλιόμετρα [1.200 μίλια]», δήλωσε η Μάγια Κοπίλοβα, καθηγήτρια εξερεύνησης διαμαντιών στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας. «Κανένα άλλο μάγμα στη Γη δεν το κάνει αυτό».

Ενώ η έκρηξη των διαμαντιών μπορεί να ανιχνεύσει μια ιστορία διάλυσης υπερηπείρων, ο σχηματισμός τους μπορεί επίσης να παρέχει μια ένδειξη για το πώς συνενώνονται οι ήπειροι. Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε τον Οκτώβριο του 2023 στο περιοδικό Nature , ο Τίμερμαν μελέτησε διαμάντια από τη Βραζιλία και τη Γουινέα που σχηματίστηκαν σε βάθος μεταξύ 186 και 434 μιλίων (300 έως 700 km).

Χρονολογώντας τα ρευστά εγκλείσματα μέσα στα διαμάντια, η Timmerman και οι συνεργάτες της υπολόγισαν ότι τα διαμάντια σχηματίστηκαν πριν από περίπου 650 εκατομμύρια χρόνια, όταν σχηματιζόταν η υπερήπειρος Gondwana.

Τα διαμάντια πιθανότατα κόλλησαν στη βάση της ηπείρου και κάθισαν εκεί για χιλιετίες έως ότου η Gondwana διαλύθηκε κατά την Κρητιδική περίοδο και οι κιμπερλίτες τα έφεραν στην επιφάνεια, είπε ο Timmerman στο Live Science.

• Αυτό που ήταν σημαντικό για αυτά τα εξαιρετικά βαθιά διαμάντια, είπε ο Timmerman, ήταν ότι βοήθησαν να εξηγηθεί πώς αναπτύσσονται οι ήπειροι. Οι υπερήπειροι χτίζονται όταν ο ωκεάνιος φλοιός ωθείται κάτω από τον ηπειρωτικό φλοιό. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται βύθιση, έλκει δύο ηπείρους σε αντίθετες πλευρές ενός ωκεανού πιο κοντά. Αυτή η ίδια καταβύθιση φέρνει τον άνθρακα στα βάθη, όπου μπορεί να συμπιεστεί σε διαμάντι.

Κάτω στο μανδύα, κομμάτια από αυτές τις πλάκες που υποβιβάζονται μπορούν να γίνουν πλευστές και να ανέβουν ξανά προς τα πάνω, φέρνοντας μαζί τους εξαιρετικά βαθιά διαμάντια, εξήγησε ο Τίμερμαν. Αυτό το υλικό μπορεί να κολλήσει στις βάσεις των ηπείρων για χιλιετίες, βοηθώντας τες να αναπτυχθούν από κάτω. Μπορεί επίσης να εξηγήσει πώς τα υπερβαθιά διαμάντια προσγειώνονται σε ένα μέρος όπου ένας κιμπερλίτης μπορεί να τα πιάσει.

«Τα βαθιά διαμάντια μπορούν να μας ενημερώσουν περισσότερα για τις διαδικασίες βύθισης, τη μεταφορά μανδύα, τις αλληλεπιδράσεις υγρού-πετρώματος και άλλες διεργασίες που συμβαίνουν κάτω από τον φλοιό κατά τη διάρκεια κύκλων υπερηπείρου», είπε ο Τίμερμαν.

Υπάρχουν πολλά άλλα ερωτήματα που πρέπει να απαντηθούν, πρόσθεσε. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην γνωρίζουν πώς οι υποβιβασμένες πλάκες αλλάζουν τις βάσεις των υπερηπείρων και αν αυτό επηρεάζει το πόσο διαρκεί μια υπερήπειρος πριν διαλυθεί. Ένα άλλο ανοιχτό ερώτημα είναι εάν αυτό το ανακυκλωμένο υλικό του φλοιού επηρεάζει το πότε και πού σχηματίζονται τα μάγματα κιμπερλίτης.

Τα αρχαία διαμάντια μπορεί επίσης να μας πουν για άλλα ορόσημα στη χαοτική ιστορία της Γης.

Μερικά διαμάντια είναι σφυρηλατημένα από άνθρακα που ενσωματώθηκε στη Γη κατά τον σχηματισμό της, είπε ο Olierook, ενώ άλλα σχηματίζονται από άνθρακα από την αρχαία ζωή, που σύρεται μαζί με πλάκες βυθισμένου φλοιού.

Είναι δυνατό να πούμε ποια διαδικασία σχημάτισε τα διαμάντια αναλύοντας τη μοριακή δομή του άνθρακα μέσα στα εγκλείσματα διαμαντιών. Αυτά τα εγκλείσματα μπορούν έτσι να κρύβουν μυστικά σχετικά με τους θολούς αριθμούς στην ιστορία της Γης, όπως όταν ξεκίνησε η εκτεταμένη καταβύθιση ή όταν επικράτησε η ζωή στους ωκεανούς.

Αλλά για να λάβουν αυτές τις απαντήσεις, οι ερευνητές θα πρέπει να βελτιωθούν στο να καταλάβουν πόσο παλιά είναι τα διαμάντια. Και θα χρειαστούν περισσότερα διαμάντια που είναι τόσο αρχαία όσο και από τα πιο βαθιά βάθη.

«Γυρίζοντας πίσω στο χρόνο από την πιο πρόσφατη διάλυση της υπερηπείρου σε αυτές που προηγήθηκαν», είπε ο Olierook, «υποψιάζομαι ότι υπάρχουν ακόμη πολλά που πρέπει να ανακαλυφθούν».

Πηγή Live Science

Ανακαλύφθηκε άγνωστη γιγάντια υποθαλάσσια έκρηξη του ηφαιστείου της Σαντορίνης: Έξι φορές μεγαλύτερη και 520.000 χρόνια αρχαιότερη της Μινωικής έκρηξης

Ακολουθήστε τη HELLAS JOURNAL στη NEWS GOOGLE