I diamanti super profondi: un laboratorio naturale

per nuovi minerali di alta pressione

Fabrizio Nestola

Dipartimento di Geoscienze Università degli Studi di Padova

GNM Padova 17-18 giugno 2013

Perché i diamanti sono importanti nelle scienze della terra ??

1) Petrologia

2) Geochimica

3) Mineralogia

4) Geofisica

Evoluzione geodinamicadel mantello terrestre

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Origine dei diamanti

Shirey et al. 2013

~94% dei diamanti sono di natura subcratonica

~6% dei diamantisono definiti superprofondi

zona di transizione-mantello inferiore

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Distribuzione mondiale

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Struttura della Terra basata

su dati sperimentaliottenuti

principalmente attraverso sintesi

in multi-anvil press

IL LABORATORIO

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I diamanti super profondi del Mato GrossoSão Luiz, Juina, Brasile

L’area di Juina è una delle maggiori sorgenti di diamanti superprofondi al mondo, trovati sia come diamanti eluviali che kimberlitici

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I diamanti super profondi del Mato GrossoSão Luiz, Juina, Brasile

Principali minerali ritrovati

Ferropericlasio = (Mg,Fe)OPerovskite di magnesio = (Mg,Fe)SiO3

Perovskite di Ca-Si = CaSiO3

Stishovite = SiO2

TAPP = (Mg,Fe)3Al2Si3O12, tetragonaleMajorite = (Mg,Fe,Ca)3(Mg,Al,Si)2Si3O12

Ilmenite = FeTiO3

Titanite = CaTiSiO5

Moissanite = SiCGNM Padova 17-18 giugno 2013

CaAl2Si2O8

Ferropericlase (Mg,Fe)O

Enstatite (Mg,Fe)SiO3

L’associazione Mg-Si-perovskite - ferropericlasio……siamo davvero nel mantello inferiore?

0.2 mm

McCammon (2001, Science)

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525 km

wadsleyite ringwoodite

660 km

olivina

410 km

Mg-Si perovskite

Ferropericlasio

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Nel 2007 Wirth et al. riportano per la prima volta alcune inclusioni nei diamanti di Juina

che potrebbero rappresentare la prova definitiva dell’altissima pressione di questi diamanti…..

la fase EGG

Nanoinclusioni di un silicatodi alluminio

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Spettro EDS eseguito al TEM sulle nanoinclusioni (spot size 0.1 nm)

Rapporto Si/Al ~ 1

I picchi di Cu e Ga sono dovuti

al portacampione e alla

preparazione FIB

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Spettro EELS eseguito al TEM sulle nanoinclusioni

Il picco indicato dalla freccia

a 528 eV indica la presenza

dell’OH

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Quali silicati idrati di alta pressione con un rapporto Si/Al ~ 1 sono conosciuti ad oggi?

FASE “EGG”

AlSiO3(OH)

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LA FASE EGG

Il nome di fase “EGG” deriva Eggleton, il ricercatore che l’ha sintetizzata per primo nel 1978 ottenendola in condizioni di alta pressione e temperatura

per quegli anni

Nel 1998 Schmidt et al. ne hanno studiato la stabilità e la struttura cristallina

a = 7.144 Åb = 4.335 Åc = 6.952 Å = 98.40°

Gruppo spaziale = P21/n

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Il campo di stabilità

dellaFASE EGG

Nostri dati non pubblicatimostrano che la fase Egg

può essere sintetizzataa 26 GPa e 1460 °C

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LA FASE EGGFASE EGG SE ESISTESSE COME FASE NATURALE

SAREBBE UNA FASE STABILE NELLA

ZONA DI TRANSIZIONE E LO POTREBBE ESSERE ANCHE

NEL MANTELLO INFERIORE

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Riassumendo………

Rapporto Si/Al ~ 1

Wirth et al. 2007

In un diamante brasiliano da Juina sono state trovate dellenanoninclusioni con la composizione di un silicato

idrato di alluminio ed un rapporto Si/Al = 1

Si tratta dell’analogo naturale della fase EGG…?

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La diffrazione elettronica sulle nanoinclusioni

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Sono stati individuati due polimorfi

relativi alle nanoinclusioni

Polimorfo 1cella tetragonale

a = b = 7.43 Åc = 7.06 Å

Polimorfo 2cella monoclina

β = 98 °nessun altro dato

riportato

La diffrazione elettronica sulle nanoinclusioni

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Polimorfo 1 tetragonaleriscontrato in 71 cristalli analizzati

Polimorfo 2 monoclinoriscontrato in un unico cristallo

MINERALE NUOVO MINERALE NUOVO

Analogo naturale dellaFASE EGG????

Che relazioni esistono tra queste due fasi?????

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Possibili relazioni tra la fase tetragonale e monoclina

1) Dati NMR su fase EGG sintetica indicherebbero un certo grado di disordine Si/Al

2) La fase EGG da noi conosciuta attraverso RX tuttavia mostra netto ordine SiO6-AlO6

3) Il polimorfo tetragonale è di più alta temperatura rispetto alla fase EGG?

4) Wirth et al. 2007 propongono un ordinamento molto lento Si/Al nel polimorfo tetragonale che porterebbe solo raramente alla trasformazione

nel polimorfo monoclino di più bassa temperatura

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1) Allo stato attuale è stata intrapresa una collaborazione con il gruppo di ricerca di Wirth et al. 2007 al fine di studiare altri

diamanti da Juina per individuare un numero significativo di nanoinclusioni monocline

e confermare definitivamente la presenza dell’analogo naturale della fase EGG

CONCLUSIONI

2) Si tenterà di ottenere in laboratorio la fase tetragonale partendo dalla fase EGG e studiando in HP e HT in situ il possibile cambio di simmetria. Questo permetterebbe di

avere un fortissimo constraint sulle condizioni di formazione dei diamanti brasiliani di Juina

GGRRAAZZ IIEE!!!!!!

Foto: Matteo Chinellato