Slik finner du diamanter!

En ny oppdagelse om hvordan man kan finne diamanter revolusjonerer kunnskapen om Jordas indre. Diamantforskningen ble nylig publisert i det prestisjefylte, vitenskapelige tidsskriftet Nature.

Det har lenge vært kjent at de viktigste diamantforekomstene fins i en vulkansk, størknet bergart kalt kimberlitt. Kimberlitt ble dannet ved at den flytende magmaen fra Jordas indre trengte seg frem og størknet til fast fjell.

Ordet kimberlitt er oppkalt etter gruvestedet Kimberley i Sør Afrika, hvor det ble oppdaget en svær diamant i 1871. Dette ble starten på den moderne diamantindustrien. Det er funnet flere tusen kimberlittforekomster i verden. En halv prosent av dem er drivverdige.

De største diamantforekomstene fins i det sentrale og sørlige Afrika, Canada, Russland, Brasil og Australia.

Studerer man den geografiske spredningen til kimberlittforekomstene, skulle man tro den var tilfeldig.

Nå har professor Trond Torsvik på Physics of Geological Processes (PGP), et senter for fremragende forskning ved Universitetet i Oslo, funnet en klar geografisk sammenheng mellom de fleste kimberlittforekomstene i verden.

Oppdagelsen hans har to store betydninger. Den økonomiske betydningen er åpenbar: Det blir lettere for eventyrere å finne diamanter.

Den vitenskapelige betydningen er langt større: Oppdagelsen til Torsvik endrer forståelsen av hvordan Jorda ser ut flere tusen kilometer under bakken.

– Vi kan nå, for første gang, skjønne hele sammenhengen fra Jordas kjerne til atmosfæren, sier geologiprofessoren.

Varmesøyler fraktet diamantene

For å forstå oppdagelsen må vi ta det hele fra begynnelsen. Bit for bit! Her er første trinn:

De fleste diamantene er eldre enn to og en halv milliarder år. Diamanter er det sterkeste materialet i verden og består utelukkende av karbonatomer i sin mest konsentrerte form. For å kunne klemme karbonatomene så tett sammen, må trykket være svært høyt.

Ved feil trykk og feil temperatur blir karbonatomene organisert på en helt annen måte. Da dannes det svært myke materialet grafitt, som blant annet brukes i blyantstifter.

Jo lenger ned i jordoverflaten, desto større er trykket. Først når man kommer så langt ned som 150 kilometer under jordskorpa, er trykket stort nok til å danne diamanter. Ikke alle kontinentalplatene er så tykke. Tykkelsen varierer mellom 20 og 400 kilometer. Det fins derfor diamanter bare i tykke kontinentalplater. Nord-Amerika, Sibir, Afrika, India og Kina ligger på slike plater.

Hurtigheis

Selv om det fins enorme mengder diamanter så langt under bakken, er det umulig å grave seg ned for å finne dem.

Det naturlige spørsmålet er: Hvordan har diamantene forflyttet seg til Jordas overflate?

Vulkaner har skutt opp diamantene til Jordas overflate med det Trond Torsvik kaller for hurtigheis eller en superhighway for diamanter.

– Diamantene er blitt brakt til overflaten med en hastighet på hele 50 til 100 kilometer i timen. Det betyr at diamantene har brukt mindre enn tre timer fra 150 til 180 kilometers dyp. Vi snakker med andre ord om meget eksplosive vulkaner.

Vulkanene er nødt til å være så eksplosive for at diamantene ikke skal ødelegges underveis. Hvis vulkanstrømmen går sakte, blir diamantene forvandlet ti det porøse materialet grafitt.

Eksempel på en sakte vulkan, er årets vulkanutbrudd på Eyjafjallajökull på Island. Her kunne alle diamantene ha blitt ødelagt. Men selv om den islandske vulkanstrømmen hadde blitt presset opp i ekspressfart, ville den ikke hatt med seg diamanter, fordi den oseaniske platen Island ligger på, er altfor tynn.

Selv om diamantene er svært gamle, er det i geologisk perspektiv ikke så lenge siden de kom opp til Jordas overflate. De fleste ble skutt opp for 80 til 90 millioner år siden. De ble skutt opp av enorme varmesøyler fra Jordas indre.

Halvveis til Jordas indre

Frem til i dag har geologene antatt, uten gode teorier for hvorfor det er slik, at varmesøylene i magmaen, altså i den smeltede steinen under jordskorpen, måtte være 400 kilometer dype for å presse opp diamantene.

– Nå kan vi vise at varmesøylene kommer fra et dyp på 2900 kilometer.

Det er nesten halvveis til Jordas indre. Bakgrunnen for beregningen er seismisk tomografi.

– Disse undersøkelsene kan sammenlignes med ultralydundersøkelser av gravide kvinner.

2900 kilometer under bakken er i mantelen, som er den flytende delen av Jordas indre. Mantelen har ulik viskositet, det vil si ulike grader av tyktflytende egenskaper. Og det er nå vi snart kommer til poenget.

Etter åtte års forskning har Trond Torsvik funnet to meget spesielle områder i mantelen, kalt Large Low Shear Velocity Provinces, med den velklingende forkortelsen LLSVP. På godt norsk kan dette oversettes til “store områder med lave, seismiske hastigheter”.

De to områdene ligger nøyaktig 2890 kilometer under bakken og har vært geografisk stabile i flere hundre millioner år. Det kan faktisk tenkes at de har vært stabile siden Jordas dannelse.

Det er nettopp denne oppdagelsen som utrolig nok kan forklare hvor det er lurt å lete etter uoppdagete diamanter.

Stabil, flytende masse

De to underjordiske områdene er på størrelse med Afrika og befinner seg rundt ekvator. Det ene av dem ligger under dagens Afrika. Det andre ligger på den nøyaktig motsatte siden av Jorda, rett under Stillehavet.

Det viser seg at de seismiske hastighetene er lavere i de to områdene enn i resten av mantelen. Eller for å si det på en annen måte:

– De to områdene er varmere enn omgivelsene rundt.

I figuren er de kalde områdene tegnet med blått og de varme
områdene med rødt. Apollon har derfor døpt de spesielle områdene, som forskerne ynder å kalle LLSVP på kammerset, til “Røde, unormale områder”.

Et av hovedpoengene til Torsvik er at nesten alle kimberlittforekomstene, både med og uten diamanter, stammer fra varmesøyler fra randsonene til de røde, unormale områdene.

Ved første øyekast virker det merkverdig. Studerer man kart over verdens kimberlittforekomster, virker det som om de er tilfeldig spredt.

Platetektonikk

For å skjønne at denne spredningen likevel ikke er tilfeldig, må du kjenne til platetektonikken.

Platetektonikk er læren om hvordan de tektoniske platene på Jorda beveger seg. De tektoniske platene er delt opp i to grupper; tynne, oseaniske plater og tykke, kontinentale plater. Eksempler på slike plater er den eurasiske, den nordamerikanske og den afrikanske platen.

Da geologene oppdaget at platene beveger seg, var det en like stor oppdagelse som Darwins evolusjonsteori.

For 300 millioner år siden var alle kontinentene på Jorda samlet i et superkontinent, kalt Pangea. Siden den gangen har kontinentene beveget seg fra hverandre. I juratiden begynte Sør Amerika å drive fra Afrika. I kritt-perioden drev India, Australia og Antarktis fra østsiden av Afrika. Og i begynnelsen av tertiærtiden drev Nord-Amerika bort fra Europa og Grønland. Avstanden øker fortsatt med to centimeter i året.

Og det er nå Apollon kommer til hovedpoenget.

Ved å ta hensyn til kontinentbevegelsene, viser det seg at alle de store og dype vulkanene i verden har hatt utspring fra randsonen til de røde, unormale områdene. Det samme gjelder nesten alle kimberlittforekomstene i verden.

Det betyr: Ved å beregne bevegelsen til kontinentene og når de passerte randsonen til de røde, unormale områdene, er det mulig å forutsi i hvilke områder varmesøyler kan ha sprutet opp diamanter.

Her trengs en liten presisering: Alle varmesøylene har kommet fra det røde, unormale området under Afrika. Ingen er fra det det røde, unormale området under Stillehavet. Forklaringen er enkel. I løpet av de siste 400 millioner år har ingen kontinenter passert Stillehavet.

Vellykket test

Randsoneteorien er allerede testet ut i praksis.

I vår fikk Trond Torsvik en henvendelse fra Universitetet i Bristol. De hadde funnet en diamant på et overraskende sted i Brasil.

– Vi la funnstedet inn i modellen vår. Det passet perfekt.

Forskerne skal nå rekonstruere når all verdens steder passerte randsonen til det røde, unormale området.

– Det er nettopp i disse områdene du skal se etter diamanter.

Afrika vil fortsatt være mest sentralt i diamantjakten.

– Afrika har alltid vært sentrum. Selv om superkontinentet sprakk, har Afrika beveget seg lite. Det forklarer at det er mye kimberlitt og diamanter i Afrika.

Manteldynamikk

Det forskerne fortsatt ikke skjønner, er hvorfor vulkanene og varmesøylene kommer fra randsonen til det røde, unormale området. Men de har en hypotese.

– De tektoniske platene, altså skorpene på jordoverflaten, beveger seg på tre måter. Platene kan gli sidelengs mot hverandre, gå fra hverandre eller presses mot hverandre. Vi tror at noen av de oseaniske skorpene er blitt presset helt ned til 2890 kilometer under bakken og har truffet kjernen i det røde, unormale området og presset opp varmesøyler. Dette er en ny vitenskapelig retning i geologien og kalles for manteldynamikk.

Forskerne skal nå tilbringe et år på Det Norske Videnskaps Akademi for å forske mer på dette.

Vulkanforståelse

Trond Torsvik kom frem til de oppsiktsvekkende resultatene sine da han analyserte store vulkanske områder. Noen av dem er 15 millioner år gamle, slik som i Yellowstone. Vulkanene i Etiopiakløften er 31 millioner år gamle. De vulkanske områdene i Nord-Atlanteren, som har fått skylden for dinosaurenes død, er 65 millioner år gamle. Den eldste vulkanen i studien er 300 millioner år gammel.

– Da vi rekonstruerte hvor vulkanene lå, viste seg at alle vulkanene lå i randsonen til LLSVP (Red.: altså det røde, unormale området). Det betyr at LLSVP må ha vært stabilt. Sannsynligheten for at alle vulkanene og kimberlittforekomstene skulle ha plassert seg tilfeldig i randsonen, er så liten som en til sju millioner. Vi mener derfor at forklaringen vår er opplagt. Vi har nå funnet mønsteret i galskapen. Vi har full oversikt over hvordan kontinentene beveger seg og kan si hvor vulkanene kommer. Og vi kan for første gang skjønne sammenhengen i hele Jorda.

Oljesponset

Forskningsprosjektet er støttet av Statoil.

– Varmesøyler er viktige for oljeindustrien. Meningen vår var å finne olje og gass. I stedet fant vi altså en modell for hvordan man kan finne diamanter, avslutter Trond Torsvik, som er spesialist i magnetisme i bergarter.