ダイヤモンドと一緒に発見された紫色の仲間に注目し、ダイヤモンドが生まれる激動の過程を明らかにする新しい研究が行われている。
ダイヤモンドは、その品質が高く評価されているが、同時にその希少性も高く評価されている。その探し方の一つとして、クロムを多く含むパイロープガーネットなど、より一般的に産出する関連鉱物を探すことが挙げられる。
この鮮やかな紫色のガーネットは、ダイヤモンド探査会社によって、ダイヤモンドを含む可能性のある火山パイプの下流の堆積物や、パイプ自体の中から簡単に発見される。紫色のガーネットが存在することは、ダイヤモンドが存在する可能性があることを示す指標となるのだ。
しかも、このガーネットはダイヤモンドの近くだけでなく、ダイヤモンドの中にも常に存在しているのだ。つまり、パイロープガーネットの理解を深めることで、ダイヤモンドの形成についての理解を深めることができるのだ。
以前は、この種のガーネットは地球のあまり深いところでは形成されないと考えられていた。そのため、スピネルと呼ばれるクロムを多く含む別の鉱物がマントルの浅い場所で形成され、温度と圧力が高い場所に押し下げられた結果、ガーネットが形成されたと考えられていた。
私たちの最新の研究は、本日『Nature』誌に掲載されたが、新しいモデルを用いて、このパイロープガーネットが実際には現在の地表から約100km～250km下のマントル深部で形成されるという古い説を再検討するものだ。また、ダイヤモンドは私たちが考えているよりも希少である可能性も示唆している。
ダイヤモンドとパイロープガーネットができるまで
ダイヤモンドは、非常に高い圧力と比較的低い温度で安定した炭素元素の結晶体だ。
地球のマントルの大深度でダイヤモンドを形成するのに必要な条件を満たしているのは、ごく一部の場所だけだ。ダイヤモンドの地理的分布は非常に不均一で、アフリカ南部、コンゴ、タンザニア、カナダ、シベリア、ブラジルに集中しているのが特徴的です。これらの場所はすべて、25億年から35億年前の古代の大陸地殻に特徴づけられている。
この地殻の下には、氷山のキールのような深い固い「根」があり、その根は、長い時間をかけて激しく融解し、化学的に非常に枯渇したマントルからできている。
この枯渇マントルは、その下の高温で攪拌されたマントルの深さ250kmにも及び、ダイヤモンドの形成に最も適した場所なのです。では、クロムが豊富なダイヤモンドの仲間はどうだろう？
熱力学的コンピューターモデルを用いて、パイロープガーネットがダイヤモンドと同じ深さの地球深部で形成されることを実証した。具体的には、1,800℃を超える高圧・高温の加熱現象で形成されたものと考えられる。
大陸はどのように根を伸ばしたか
この発見は、それ自体とてもエキサイティングなものだが、さらに重要なのは、この発見が他の2つの重要な理論に影響を与えていることだ。
1つ目は、なぜ大陸がそのように形成されたのかということで、専門家たちが長い間推測してきたことだ。
前述のように、パイロープガーネットは、大深度からの極熱の上昇流の中で形成された。そして、この上昇流が上部マントルを溶かし、大陸の安定した基盤を形成したことが、今回の研究で明らかになった。
つまり、大陸が何十億年も安定するための「根」は、パイロープガーネットを生み出したのと同じマントル融解現象の残骸なのだ。
ダイヤモンドの希少性
2つ目の大きな推論は、ダイヤモンドの希少性に関連するものだ。
研究者の中には、ダイヤモンドはもともと希少なものではなかったが、大陸プレートの移動によってマントルルートが侵食され、変化したため、多くのダイヤモンドが破壊されたと考える人もいる。私たちのモデルは、ダイヤモンドは実は昔から希少だったのではないか、という別の視点を提供している。
ダイヤモンドの必要な揺りかご、つまり大陸の根にある高濃度のマントルのかけらが、かつては普通に存在し、時間の経過とともに希少になったのか、それともずっと希少だったのか、どう評価すればいいのだろうか。
初期の地球で激しい融解現象が起こったとき、融解物自体が「コマチアイト」と呼ばれる非常に流動性の高い溶岩として大陸の表面に噴出した。これらのラバスは保存されており、広く分析されてる。これらのラバスはさまざまな組成を持っており、私たちのモデルは、クロムが豊富なパイロープガーネットと一緒に形成された可能性があるものを予測している。
コマチアイトの何万回もの化学分析から、このパイロープガーネットに関連する特定の組成は非常にまれであることが分かっている。というのも、コマチアイトができるには、マグマが何度も融解を繰り返した、非常に枯渇したマントルと相互作用しなければならないからだ。コマチアイトの8％～28％しか、この条件に当てはまらない。
このことから、パイロープガーネットも、それが産出されるマントルドメインも、初期の地球でも常に希少であったことが推測される。また、ダイヤモンドはこのような岩石と親和性があるため、ダイヤモンドも常に希少であったはずである。
