I diamanti super profondi: un laboratorio naturale per nuovi minerali di alta pressione Fabrizio...
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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
GNM Padova 17-18 giugno 2013
Origine dei diamanti
Shirey et al. 2013
~94% dei diamanti sono di natura subcratonica
~6% dei diamantisono definiti superprofondi
zona di transizione-mantello inferiore
GNM Padova 17-18 giugno 2013
Distribuzione mondiale
GNM Padova 17-18 giugno 2013
Struttura della Terra basata
su dati sperimentaliottenuti
principalmente attraverso sintesi
in multi-anvil press
IL LABORATORIO
GNM Padova 17-18 giugno 2013
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
GNM Padova 17-18 giugno 2013
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)
GNM Padova 17-18 giugno 2013
GNM Padova 17-18 giugno 2013
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
GNM Padova 17-18 giugno 2013
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
GNM Padova 17-18 giugno 2013
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…?
GNM Padova 17-18 giugno 2013
La diffrazione elettronica sulle nanoinclusioni
GNM Padova 17-18 giugno 2013
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
GNM Padova 17-18 giugno 2013
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
GNM Padova 17-18 giugno 2013
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