Mjesta na kojima ugljik postaje dijamant

Dijamant ne nastaje jednostavno zato što je ugljik izložen velikom tlaku. Da je tlak sam dovoljan, dijamanti bi bili mnogo češći.

Za rast prirodnog dijamanta moraju se podudariti najmanje četiri skupine uvjeta:

• tlak i temperatura pri kojima je dijamant stabilan ili se može očuvati;
• izvor ugljika;
• mobilni medij — fluid ili taljevina — koji ugljik prenosi;
• kemijska reakcija koja omogućuje nukleaciju i rast kristala.

Većina prirodnih dijamanata proučenih u gemologiji i geologiji pripada litosferskoj populaciji. Tipično su nastali u dubokom kontinentalnom plaštu, približno 150–200 kilometara ispod površine i najčešće pri temperaturama reda 900–1300 °C. To nisu univerzalne granice: pojedine populacije daju šire procjene, a rijetki sublitosferski ili „superduboki” dijamanti potječu iz mnogo većih dubina.

Najvažnija razlika Dijamant najčešće nije nastao u kimberlitu ili lamproitu koji ga je donio na površinu. Kristal je obično mnogo stariji od transportne magme.

Dijamantni prozor u dubokoj Zemlji

Na Zemljinoj površini grafit je termodinamički stabilniji oblik čistog ugljika od dijamanta. Dijamant ipak ne prelazi spontano u grafit u vremenu relevantnom čovjeku jer bi za takvu promjenu trebalo preurediti golem broj snažnih veza u kristalnoj rešetci. Zato je pri površinskim uvjetima metastabilan: nije najstabilnija faza, ali je kinetički vrlo postojan.

S porastom tlaka prednost dobiva gušća dijamantna struktura. Granica stabilnosti grafita i dijamanta ovisi i o temperaturi, pa ne postoji jedna univerzalna dubina na kojoj „počinju dijamanti”.

U hladnim i debelim kontinentalnim korijenima geoterma može presjeći polje stabilnosti dijamanta. U toplijoj ili tanjoj litosferi isti tlak može biti praćen temperaturom koja nije povoljna za dugotrajno očuvanje dijamanta.

[VIZUAL 6.1: P–T dijagram — grafitno i dijamantno polje stabilnosti te hladna kratonska geoterma]

Kratoni i njihovi duboki korijeni

Kraton je vrlo star i dugotrajno stabilan dio kontinenta. Za dijamante je osobito važan njegov duboki korijen subkontinentalnog litosferskog plašta, koji se ispod nekih kratona proteže do približno 200 kilometara ili više.

Takav korijen može biti:

• hladniji od okolnog konvektivnog plašta;
• kemijski osiromašen prethodnim taljenjem;
• relativno uzgonski i mehanički stabilan;
• dovoljno dugotrajan da sačuva dijamante stotinama milijuna ili milijardama godina.

Ali star kraton sam po sebi ne jamči nalazište. Potrebno je da se u odgovarajućem dijelu plašta dogodio dijamantotvorni događaj, da su kristali preživjeli kasnije metasomatske i toplinske procese te da ih je kasnija magma uopće presjekla i prenijela prema površini.

Zato postoje brojni kimberliti koji uopće nisu dijamantiferani ili ne sadrže količinu i kvalitetu potrebnu za ekonomsku eksploataciju.

Geoterma i dubina nisu isto

Dubina nastanka obično se ne mjeri izravno. Geolozi najprije iz kemije mineralnih inkluzija procjenjuju tlak i temperaturu, a tek zatim tlak prevode u približnu dubinu pomoću modela gustoće i geoterme.

Zato dvije rečenice — „nastao pri 5 GPa” i „nastao na 160 km” — nisu jednako neposredne tvrdnje. Prva je najčešće rezultat geobarometrijskog modela, a druga dodatna interpretacija tog tlaka u dubinu.

To je važno kod uspoređivanja literature: različite kalibracije, geoterme i pretpostavke mogu dati malo različite dubinske raspone čak i kada opisuju sličan plaštni okoliš.

Dva glavna litosferska okoliša

Mineralne inkluzije pokazuju da se većina litosferskih dijamanata povezuje s dvije velike skupine plaštnih stijena:

• peridotitskom;
• eklogitskom.

Postoje i rjeđe skupine, primjerice websteritske. Detaljna klasifikacija stijena i njihovih mineralnih sklopova pripada poglavlju 7.

Peridotitski okoliš povezan je s ultramafičnim plaštem kojim dominiraju olivin i pirokseni. Eklogitski okoliš bogat je granatom i omfacitnim klinopiroksenom i u mnogim slučajevima čuva tragove duboko preobraženog bazaltnog materijala. Dio takvog materijala može imati povijest povezanu sa subdukcijom nekadašnje oceanske litosfere.

Ta razlika pokazuje da ne postoji jedan jedini „recept” za prirodni dijamant.

Fluid, metasomatizam i kemijska reakcija

Dijamant se najčešće ne zamišlja ispravno ako ga promatramo kao komad grafita koji je samo stisnut u plaštu. Dokazi iz mineralnih i fluidnih inkluzija podupiru model u kojem velik dio prirodnih dijamanata kristalizira iz ugljikom bogatih fluida ili taljevina koje migriraju kroz već postojeće stijene.

Kada takav mobilni medij reagira sa stijenom, mijenja njezin kemijski sastav. Taj se proces naziva metasomatizam.

Dijamant može nastati kada se promijene:

• oksidacijsko-redukcijski uvjeti;
• sastav fluida;
• temperatura;
• tlak;
• kiselost/bazičnost sustava;
• omjer otopljenih ugljikovih vrsta;
• sastav stijene s kojom fluid reagira.

Poglavlje 8 detaljno obrađuje vrste dijamantotvornih fluida. Ovdje je dovoljno razumjeti načelo: dijamantni rast je kemijska reakcija u dubokom plaštu, a ne samo posljedica tlaka.

Ugljik može imati različito podrijetlo

Ugljik iz kojeg je dijamant izrastao ne mora imati isti geološki izvor u svim populacijama.

Može biti povezan s:

• ugljikom koji je dugo bio dio plašta;
• karbonatima recikliranim subdukcijom;
• reduciranim ugljikovim vrstama;
• u nekim slučajevima materijalom koji je prethodno sudjelovao u površinskom ciklusu ugljika.

Izotopi ugljika i kemija inkluzija mogu ograničiti moguće izvore, ali rijetko dopuštaju jednostavnu priču tipa „ovaj je dijamant nastao od organskog ugljika”. Takve zaključke uvijek treba vezati uz konkretnu populaciju i skup dokaza.

Redoks kao kemijska granica

U plaštu ugljik može biti raspoređen među različitim vrstama i mineralima. Ovisno o oksidacijskom stanju sustava, može biti stabilniji kao karbonat, CO₂, metan, grafit, dijamant ili dio drugih faza.

Kada mobilni fluid uđe u stijenu drukčijeg redoks kapaciteta, ravnoteža se može pomaknuti prema izlučivanju dijamanta. U drugom okolišu isti dijamant može se početi otapati. Zbog toga se u suvremenim modelima rast često promatra kao posljedica reakcije fluida i stijene, a ne samo kao hlađenje ili dekompresija.

Rast je epizodan

Dijamant ne mora rasti neprekidno od jezgre do površine kristala.

Katodoluminiscencijske slike, spektroskopija i zoniranje otkrivaju da jedan kristal može sadržavati:

• više zona rasta;
• prekide rasta;
• zone djelomičnog otapanja;
• novu generaciju dijamanta preko starije jezgre;
• kemijski različite faze nastale iz različitih fluida.

Zato „starost dijamanta” može biti složen pojam. Različiti dijelovi istoga kristala mogu bilježiti različite događaje. Datiranje i njegove granice obrađuje poglavlje 9.

Litosferski i superduboki dijamanti

Litosferski dijamanti čine veliku većinu proučavanih prirodnih dijamanata. U recentnim GIA pregledima superduboki dijamanti procjenjuju se na približno 1–2 % iskopanih dijamanata, ali taj je udio slabo ograničen i može snažno varirati među nalazištima i uzorcima.

Ti rijetki kristali mogu potjecati iz prijelazne zone plašta, između približno 410 i 660 kilometara, pa i iz donjeg plašta ispod 660 kilometara. Njihove inkluzije mogu sačuvati visokotlačne faze ili njihove retrogradno promijenjene produkte.

Njihovu mineralogiju i značenje obrađuje poglavlje 11. Važno je ne pretvoriti oznaku „superdubok” u zaključak bez odgovarajuće inkluzijske, kemijske ili strukturne potvrde.

[VIZUAL 6.2: Presjek Zemlje — litosferski dijamanti u kratonskom korijenu i sublitosferski dijamanti u prijelaznoj zoni/donjem plaštu]

Nastanak i transport nisu isti događaj

Dijamant može provesti milijarde godina u plaštu prije nego što ga kimberlit ili lamproit zahvati. Transportna magma zatim obavlja geološki sasvim drukčiju ulogu: brzo prenosi postojeći kristal iz dubine prema površini.

Na putu dijamant nije potpuno pasivan. Može se djelomično otapati i resorbirati, izgubiti bridove ili razviti nove površinske značajke. To je razlog zbog kojeg vanjski oblik rougha nije uvijek izvorni oblik rasta.

Transport se detaljno obrađuje u poglavlju 10, a morfologija rougha u poglavlju 13.

Što možemo, a što ne možemo zaključiti

Iz dubine nastanka ne možemo automatski zaključiti:

• tržišnu kvalitetu;
• boju;
• čistoću;
• konkretan rudnik;
• vrijednost;
• starost pojedinačnog kamena.

Geološka populacija govori o okolišu nastanka. Gemološka kvaliteta i tržišna vrijednost druga su pitanja.

Sažetak poglavlja

• Prirodni dijamant ne nastaje samo djelovanjem visokog tlaka.
• Većina proučavanih prirodnih dijamanata pripada litosferskoj populaciji iz dubokih kontinentalnih korijena.
• Tipični litosferski uvjeti često su približno 150–200 km i 900–1300 °C, uz stvarne varijacije među populacijama.
• Hladni, debeli kratonski korijeni omogućuju dugotrajnu stabilnost i očuvanje dijamanta.
• Peridotitski i eklogitski okoliši dvije su glavne litosferske parageneze.
• Velik dio prirodnih dijamanata kristalizira iz mobilnih ugljikom bogatih fluida ili taljevina.
• Metasomatizam i redoks reakcije mogu pokrenuti rast ili otapanje dijamanta.
• Rast može biti epizodan i jedan kristal može sadržavati više generacija.
• Sublitosferski ili superduboki dijamanti rijetki su, ali daju izravne uzorke mnogo dubljeg plašta.
• Kimberlit i lamproit uglavnom su transporteri, ne stijene u kojima je većina dijamanata nastala.

[VIZUAL 6.3: Životni put prirodnog dijamanta — rast u plaštu → dugotrajno čuvanje → zahvaćanje magmom → transport → površina]

---