Nová štúdia odhaľuje, ako magmy bohaté na prchavé látky poháňajú kimberlity obsahujúce diamanty z hlbín Zeme.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphotos.com. Koláž: Sopka (autor: Vershinin-M), diamant (autor: Bjoern Wylezich)
Ak ste niekedy obdivovali diamant, je veľmi pravdepodobné, že pochádza z kimberlitu. Viac ako 70 percent všetkých prírodných diamantov sa získava z týchto vzácnych sopečných útvarov.
Napriek desaťročiam výskumu sa vedci stále snažia odhaliť, ako kimberlity stúpajú z hĺbky zemského plášťa na povrch. Kimberlity sú vulkanické horniny, ktoré sa dostávajú na povrch cez sopečné rúry v tvare mrkvy vznikajúce v hĺbkach viac ako 150 kilometrov. Dlho fascinovali geológov, pretože ponúkajú vzácny pohľad do hlbokého vnútra planéty.
Roztavená hornina, ktorá kimberlity vytvára, sa pohybuje nahor cez plášť a kôru pozoruhodnou rýchlosťou, možno až 128 kilometrov za hodinu, pred tým, ako prudko vytryskne na povrch.
Počas tohto rýchleho výstupu magma zhromažďuje úlomky hornín a minerálov, známe ako xenolity a xenokryštály, z vrstiev, ktorými prechádza. „Sú to veľmi zaujímavé a stále veľmi záhadné horniny napriek tomu, že sa pomerne dlho skúmajú,“ povedala Ana Anzulovićová, doktorandská výskumná pracovníčka v Centre pre planetárnu obývateľnosť Univerzity v Oslo.
Modelovanie síl stojacich za erupciou
Nová štúdia Anzulovićovej tímu na Univerzite v Osle, publikovaná v časopise Geology, posúva vedcov bližšie k pochopeniu tejto dlhotrvajúcej geologickej záhady. Pomocou počítačových modelov skúmali, ako prchavé látky – napríklad oxid uhličitý a voda – ovplyvňujú vztlak (schopnosť stúpať) protokimberlitových tavenín v porovnaní s okolitými horninami. Ich zistenia po prvýkrát presne určujú, za akých podmienok môže kimberlit vybuchnúť (eruptovať).
Diamanty sa dostanú na povrch v kimberlitoch preto, lebo ich rýchly výstup zabráni tomu, aby sa zmenili späť na grafit, ktorý je pri nižších tlakoch a teplotách stabilnejší. No zloženie pôvodnej kimberlitovej taveniny a to, ako dokáže stúpať takou neuveriteľnou rýchlosťou, zostávalo záhadou.
„Začínajú sa ako niečo, čo nedokážeme priamo merať,“ uviedla Anzulovićová. „Takže nevieme, ako presne by vyzerala protokimberlitová alebo rodičovská tavenina. Máme len približnú predstavu, ale všetko, čo vieme, v podstate pochádza z veľmi pozmenených hornín, ktoré sa nakoniec dostanú na povrch.“
Simulácia hlbokej Zeme
Aby vedci lepšie určili zloženie týchto „rodičovských“ (pôvodných) tavenín, zamerali sa na kimberlit Jericho, ktorý vybuchol v oblasti Slave Craton na ďalekom severozápade Kanady. Pomocou chemického modelovania testovali rôzne pôvodné zmesi oxidu uhličitého a vody.
„Našou myšlienkou bolo vytvoriť chemický model kimberlitu a potom v ňom meniť množstvá oxidu uhličitého a vody,“ vysvetlila Anzulovićová. „Predstavte si to ako snahu odobrať vzorku kimberlitu v rôznych hĺbkach počas jeho výstupu, teda pri rôznych tlakoch a teplotách.“
Vedci pritom použili softvér založený na molekulovej dynamike, ktorý simuluje pohyb a vzájomné sily medzi atómami. Vďaka tomu mohli sledovať, ako sa atómy v tavenine kimberlitu správajú v rôznych hĺbkach. Na základe týchto výpočtov určili hustotu taveniny v rôznych podmienkach a či si pri nich zachováva dostatočný vztlak (aby mohla stúpať nahor).
„Najdôležitejším zistením tejto štúdie je, že sa nám podarilo určiť, koľko oxidu uhličitého musí obsahovať kimberlit Jericho, aby dokázal úspešne vystúpiť cez Slave Craton,“ dodala Anzulovićová. „Napríklad naša tavenina s najvyšším obsahom prchavých látok dokáže vyniesť až 44 percent peridotitu z plášťa na povrch, čo je na taveninu s takou nízkou viskozitou naozaj pôsobivé.“
Štúdia tiež ukazuje, že prchavé látky majú rozdielne úlohy. Voda zvyšuje difúziu, vďaka čomu zostáva tavenina tekutá a pohyblivá. Oxid uhličitý pomáha udržiavať štruktúru taveniny vo veľkých hĺbkach (pri vysokom tlaku), ale keď sa magma blíži k povrchu, uvoľňuje sa a tlačí erupciu nahor.
Vedci po prvýkrát ukázali, že kimberlit Jericho potrebuje minimálne 8,2 percenta oxidu uhličitého, aby vôbec mohol vybuchnúť. Bez neho by diamanty zostali uväznené hlboko v plášti.
„Bola som celkom prekvapená, že aj v takom malom simulovanom systéme môžem vidieť: ‚Dobre, ak nepridám žiadny uhlík, tavenina bude hustejšia než Craton, takže nevybuchne,‘“ zamyslela sa Anzulovićová. „Je skvelé, že modelovanie kimberlitovej chémie môže mať dôsledky pre taký rozsiahly geologický proces.“
Zdroj: Sci Tech Daily, Geology
(LDS)
