Starost dijamanta i vrijeme njegova putovanja
Pitanje „Koliko je star dijamant?” zvuči jednostavno, ali u geologiji može značiti nekoliko različitih vremena.
Treba razlikovati najmanje:
- vrijeme rasta dijamanta ili jedne njegove zone;
- vrijeme koje je proveo pohranjen u plaštu;
- vrijeme erupcije kimberlita ili lamproita;
- vrijeme kasnijeg trošenja, transporta sedimentom i taloženja.
Ta vremena mogu biti razdvojena milijardama godina.
Zašto se dijamant ne datira ugljikom-14
Radiokarbonska metoda koristi izotop ugljik-14, čiji je poluživot približno 5730 godina. To je odlično za arheološke i geološki mlade organske materijale, ali potpuno neprikladno za dijamante stare stotinama milijuna ili milijardama godina.
Stabilni izotopi ugljika u dijamantu važni su za proučavanje izvora i ciklusa ugljika, ali sami ne daju kalendarsku starost kristala.
Dijamant sam obično nema dobar radiometrijski sat
Dijamant je gotovo sav ugljik i obično sadrži premalo elemenata potrebnih za standardno radiometrijsko datiranje.
Zato geokronolozi najčešće analiziraju mineralne inkluzije koje sadrže odgovarajuće roditeljske i kćerinske izotope.
Najvažniji sustavi u geokronologiji dijamanata su:
- Sm–Nd u granatu i klinopiroksenu;
- Rb–Sr u određenim silikatnim inkluzijama;
- Re–Os u sulfidima;
- u posebnim slučajevima druge metode poput U–Pb, Ar–Ar ili sustava primjenjivih na specifične inkluzijske ili fluidne materijale.
Re–Os na sulfidnim inkluzijama postao je osobito važan jer vrlo male sulfidne faze mogu sadržavati dovoljno renija i osmija za datiranje.
Sm–Nd i Rb–Sr povijesno su bili presudni za prve pouzdane starosti silikatnih inkluzija. Njihova snaga raste kada se može analizirati više granata i klinopiroksena iste parageneze s dovoljno velikim rasponom izotopskih omjera.
Re–Os posebno je koristan za sulfide jer se rhenij i osmij snažno raspodjeljuju u sulfidne faze. Razvoj osjetljivijih tehnika omogućio je analizu pojedinačnih mikroskopskih sulfida, a u rijetkim slučajevima više sulfida iz istoga dijamanta može definirati unutarnju izokronu i mnogo izravnije povezati dobiveni datum s konkretnim kristalom.
Izokrona i populacijska starost
Radiometrijski sat ne svodi se na „izmjeri jedan broj i pročitaj datum”.
Kod izokrone se analiziraju uzorci koji bi trebali pripadati istom geološkom događaju, ali imaju različite omjere roditeljskog i stabilnog izotopa. Ako su bili u izotopskoj ravnoteži i potom ostali dovoljno zatvoreni, njihov odnos može definirati liniju čiji nagib daje starost.
U dijamantnoj geokronologiji to često znači da se kombiniraju inkluzije iz više dijamanata iste lokalnosti i parageneze.
Dobiveni rezultat zato često opisuje:
- jednu epizodu rasta;
- jednu populaciju dijamanata;
- geološki događaj povezan s određenim fluidom.
Ne mora dokazivati starost svakog dijamanta iz rudnika.
Ako nema dovoljno uzoraka za izokronu, istraživač može izračunavati modelne starosti prema pretpostavljenom evolucijskom modelu izvora. Modelna starost može biti geološki korisna, ali nije dokazno jednaka dobro definiranoj izokroni. U finalnom tekstu zato se uvijek mora navesti vrsta starosti, a ne samo broj.
Crvena zastavica „Dijamanti iz rudnika X stari su 3,3 milijarde godina” često je preširoka tvrdnja. Preciznije je reći da je u tom nalazištu identificirana i datirana populacija približne starosti 3,3 Ga.
Protogenetska i singenetska inkluzija
Jedna od najvećih interpretacijskih poteškoća jest odnos inkluzije i dijamanta domaćina.
- Singenetska inkluzija kristalizirala je tijekom istog događaja rasta.
- Protogenetska inkluzija postojala je prije nego što ju je dijamant obuhvatio.
- Epigenetska inkluzija nastala je poslije glavne faze rasta.
Na prvi pogled protogenetska inkluzija izgleda kao problem: njezina kristalizacijska starost može biti starija od dijamanta. Ali tijekom dijamantotvornog događaja mineral može izotopski ponovno uspostaviti ravnotežu s fluidom. U takvom slučaju izotopski sustav može zabilježiti vrijeme rasta dijamanta iako je mineralno zrno starije.
Zato „protogenetsko” ne znači automatski „neupotrebljivo za datiranje”. Potrebno je dokazati što je određeni izotopski sustav stvarno zabilježio.
Nesigurnost je dio rezultata
Starost dijamanta ne treba pisati kao savršeno precizan datum. U mnogim klasičnim studijama nesigurnosti su reda stotina milijuna godina, osobito kada se analiziraju vrlo male inkluzije i drevni sustavi.
Takva nesigurnost geološki je i dalje vrlo korisna. Razlika između događaja od 3,5 Ga, 2,9 Ga i 1,1 Ga dovoljna je da se povežu dijamantotvorni događaji s različitim fazama izgradnje kontinenta, subdukcije ili orogeneze.
Povijesni proboj: Kimberley
Klasične analize iz 1980-ih pokazale su da su uključeni minerali u dijamantima iz područja Kimberley u Južnoj Africi dali starosti reda 3,2–3,3 milijarde godina, dok su kimberliti koji su ih prenijeli bili neusporedivo mlađi, reda desetaka milijuna godina.
Time je postalo jasno da kimberlit nije stvorio većinu dijamanata koje nosi. On ih je zahvatio iz mnogo starijega plaštnog spremnika.
[VIZUAL 9.1: Tri sata — rast dijamanta prije više milijardi godina → dug boravak u plaštu → mnogo mlađa kimberlitna erupcija]
Najstarije dobro datirane populacije
Najstarije dobro proučene i izravno datirane populacije uključuju dijamante iz kanadskog Slave kratona, osobito Diavik i Ekati, s događajima rasta približno 3,5–3,3 milijarde godina u prošlosti.
Kao posebno snažan primjer, Re–Os regresija 11 peridotitskih sulfidnih inkluzija iz pet dijamanata iz Panda kimberlita u području Ekati dala je starost 3,52 ± 0,17 Ga. Takav rezultat datira definiranu populaciju i događaj; ne znači da je svaki dijamant iz Ekati ili cijeloga Slave kratona iste starosti.
To ne znači da je svaki dijamant iz tih rudnika te starosti. Jedno nalazište može sadržavati više populacija i više faza rasta.
Dijamanti ne rastu nužno milijardama godina
Ako je dijamant star tri milijarde godina, to ne znači da je rastao kontinuirano tri milijarde godina.
Kristalizacija može biti geološki relativno kratka epizoda, nakon koje je dijamant ostao pohranjen u hladnom kratonskom korijenu sve do mnogo mlađe erupcije.
Razdoblje od rasta do erupcije zato je prvenstveno vrijeme rezidencije u plaštu, ne trajanje kristalizacije.
Više zona, više vremena
Jedan dijamant može imati jezgru i omotače koji su nastali u odvojenim epizodama. Zoniranje dušika, katodoluminiscencija, kemija inkluzija i spektroskopija mogu pokazati granice između tih događaja.
Ako se analizira samo jedna inkluzija, dobiveni rezultat ne mora automatski datirati cijeli kristal. U najboljem slučaju datira odnos između te inkluzije, određene zone i geološkog događaja koji je izotopski sustav zabilježio.
Dušik je toplinski zapis, ne jednostavan kalendar
Dušik u dijamantu s vremenom može prelaziti iz izoliranih atoma u parove i složenije agregate. Brzina agregacije ovisi snažno o temperaturi, pa stanje dušika može dati podatke o vremensko-temperaturnoj povijesti.
Ali iz iste razine agregacije mogu proizaći različite kombinacije vremena i temperature. Zato se dušik ne smije koristiti kao samostalan precizan sat bez neovisnih geoloških ograničenja.
Datiranje je često destruktivno
Klasična geokronologija inkluzija često zahtijeva da se mineral:
- fizički izvadi iz dijamanta;
- očisti i kemijski obradi;
- otopi;
- analizira masenom spektrometrijom.
Zbog toga se veliki, vrijedni gemološki dijamanti gotovo nikada ne žrtvuju samo da bi se dobila starost. Znanstvene starosti najčešće dolaze iz istraživačkih uzoraka i populacija, a ne iz tržišnih kamenova s grading reportom.
Starost nije tržišna kvaliteta
Laboratorijski izvještaj u pravilu ne navodi geološku starost dijamanta. Čak i kada je poznata starost populacije iz određenog nalazišta, ona nije automatski karakteristika koja se može pripisati pojedinom kamenu bez dokaza podrijetla i odgovarajuće analize.
Starost također nije dio 4C sustava i ne određuje sama po sebi tržišnu vrijednost.
Sažetak poglavlja
- Starost rasta dijamanta, vrijeme boravka u plaštu i starost kimberlita tri su različita geološka sata.
- Ugljik-14 nije primjenjiv na dijamante stare milijune ili milijarde godina.
- Dijamant se najčešće datira posredno preko mineralnih inkluzija.
- Sm–Nd, Rb–Sr i Re–Os najvažniji su klasični izotopski sustavi za dijamantnu geokronologiju.
- Izokrona najčešće daje starost populacije ili događaja, ne automatski svakog kamena iz rudnika.
- Protogenetska inkluzija može biti starija od dijamanta, ali njezin izotopski sustav može biti resetiran tijekom dijamantotvornog događaja.
- Nesigurnosti od stotina milijuna godina mogu biti normalne i geološki korisne.
- Najstarije dobro datirane populacije Diavik/Ekati dosežu približno 3,5–3,3 Ga.
- Dijamant star tri milijarde godina nije nužno rastao tri milijarde godina; najveći dio tog vremena mogao je biti pohranjen u plaštu.
- Jedan kristal može sadržavati više faza i zona rasta.
- Dušik daje vremensko-temperaturni zapis, ali nije samostalan precizan sat.
- Datiranje inkluzija često je destruktivno i zato nije standardna gemološka usluga.
[VIZUAL 9.2: Dokazna hijerarhija starosti — konkretna datirana inkluzija → dijamant/zona → populacija → nalazište; što se smije, a što ne smije generalizirati]