I diamanti super-profondi sono capsule geologiche del tempo: custodiscono minerali mai rinvenuti in natura

Il mantello terrestre rappresenta oltre l’80% del volume del nostro pianeta, eppure le sue regioni più profonde rimangono del tutto inaccessibili alla tecnologia umana. Il mantello inferiore, che si estende da circa 660 fino a 2.900 chilometri di profondità, non può essere raggiunto direttamente: la nostra conoscenza della sua composizione deriva quindi soprattutto da modelli teorici, esperimenti ad alta pressione, simulazioni e osservazioni geofisiche indirette. Ad aprire una finestra su questa parte della Terra altrimenti irraggiungibile sono i cosiddetti diamanti super-profondi, o sub-litosferici.

A differenza della maggior parte dei diamanti, che si forma nella litosfera a circa 150-200 chilometri di profondità, queste rarissime gemme hanno origine nella zona di transizione, compresa tra circa 410 e 660 chilometri, e nel mantello inferiore. Durante la cristallizzazione, sottoposti a pressioni e temperatura estreme, i diamanti super-profondi possono inglobare nel proprio reticolo di carbonio microscopiche porzioni dei minerali presenti nell’ambiente circostante.

La loro struttura li protegge dalle trasformazioni che normalmente subirebbero durante la risalita, preservandone in alcuni casi persino l’assetto cristallino. Trasportati verso la superficie dalle eruzioni vulcaniche alimentate da magmi kimberlitici – quelli che danno origine ai giacimenti diamantiferi – si rivelano così delle vere e proprie capsule geologiche del tempo. Ne è un esempio la davemaoite, identificata nel 2021 all’interno di un diamante: un minerale del mantello inferiore che fino ad allora era stato osservato soltanto in laboratorio.

I diamanti super-profondi portano in superficie minerali mai osservati allo stato naturale

Poiché la tecnologia attuale non consente di scavare oltre qualche decina di chilometri (il celebre pozzo di Kola in Russia ha raggiunto appena 12 km) l'interno della Terra è stato a lungo studiato quasi esclusivamente attraverso la propagazione delle onde sismiche. I diamanti super-profondi aprono nuove possibilità di indagine. Formandosi a pressioni e temperature spaventose, inglobano minuscole porzioni dell'ambiente chimico circostante. Durante la successiva risalita verso la superficie, la struttura estremamente resistente del diamante le protegge, impedendo ai minerali intrappolati al suo interno di decomporsi o cambiare fase e consentendo loro di arrivare intatti fino ai nostri laboratori. È proprio analizzando questi straordinari campioni che la scienza ha potuto osservare per la prima volta minerali mai rinvenuti prima in natura.

Tra le scoperte più rilevanti figura la davemaoite, una forma ad alta pressione di silicato di calcio (CaSiO₃) identificata nel 2021 dal team del mineralogista Oliver Tschauner dell’Università del Nevada a Las Vegas. Il minerale, battezzato in onore del geofisico Ho-kwang “Dave” Mao, era stato fino ad allora soltanto teorizzato e sintetizzato in laboratorio, poiché a pressione atmosferica la sua struttura atomica diventa instabile.

Come ha evidenziato lo stesso Tschauner nello studio pubblicato su Science:

Il campione si davemaoite allo stato naturale dimostra l’esistenza di un’eterogeneità composizionale all’interno del mantello inferiore. Le nostre osservazioni indicano inoltre che la davemaoite incorpora nella propria struttura anche potassio, oltre a uranio e torio. Di conseguenza, la sua abbondanza su scala regionale e globale influisce sul bilancio termico del mantello profondo, dove il minerale è termodinamicamente stabile.

I nuovi indizi sulla composizione del mantello

Lo studio delle inclusioni racchiuse nei diamanti super-profondi ha portato all’identificazione di altre fasi minerali stabili ad alta pressione, tra cui la bridgmanite, e persino di minuscole inclusioni di acqua sotto forma di ghiaccio VII, una particolare struttura cristallina che si forma soltanto a pressioni elevate. Queste evidenze indicano che l’acqua presente in superficie può essere trascinata in profondità dalla subduzione delle placche oceaniche e raggiungere almeno la zona di transizione, forse spingendosi ancora più in basso. Si tratta di un indizio importante del continuo scambio di materia tra la superficie terrestre e le regioni profonde del pianeta.

Come ha sintetizzato il geologo Evan Smith del Gemological Institute of America (GIA):

I diamanti sono letteralmente dei veicoli spaziali al contrario: invece di portarci campioni da altri pianeti, ci portano campioni da mondi inaccessibili situati proprio sotto i nostri piedi.

Questi minuscoli campioni permettono quindi di affinare i modelli chimici e termici del mantello e di comprendere meglio come materiali ed elementi vengano redistribuiti nelle profondità terrestri. Le tecniche più recenti basate su laser e raggi X consentono inoltre di analizzare inclusioni sempre più piccole, rivelando una diversità mineralogica del mantello più ampia di quanto fosse possibile ricostruire attraverso i soli modelli teorici e gli esperimenti di laboratorio.

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