Het "vuil" midden in dit diamantje is waardevoller dan de diamant zelf (Foto: Nester Korolev UBC).

Klein diamantje bevat een mineraal dat nog nooit eerder gezien is op aarde

In een diamantje dat onlangs is opgegraven, is een mineraal gevonden dat nog nooit eerder in de natuur is gezien. Het mineraal heet calciumsilicaat perovskiet (CaSiO3),  calciumsilicaat met een bijzondere structuur. De ontdekking verschaft een belangrijke aanwijzing over hoe de innerlijke structuur van de aarde zich gedraagt, namelijk over wat er gebeurt met platen oceaankorst die diep in de aarde zinken. 

Een perovskiet is een bijzondere vorm van een aantal mineralen. Elk materiaal met hetzelfde type kristalstructuur als calciumtitaniumoxide (CaTiO3) wordt een perovskiet genoemd. De structuur is een combinatie van zesvlakken en achtvlakken, zowat een diamant binnen een kubus. Perovskieten hebben verschillende bijzondere eigenschappen, en worden dan ook intensief bestudeerd.

Calciumsilicaat perovskiet, een polymorf - andere vorm - van calciumsilicaat die onder hoge druk ontstaat, mag dan wel nog nooit eerder op aarde gezien zijn, dat betekent niet dat het zeldzaam is. Er wordt zelfs gedacht dat het het op drie na meest voorkomende mineraal op aarde is, maar het komt alleen diep in de aarde voor. Vooral in platen van de oceaankorst die aan tektonische breuklijnen in de aardmantel gedoken zijn, is het het overheersende mineraal. 

Maar omdat het enkel diep in de mantel van de aarde voorkomt, op zo'n 700 kilometer onder het aardoppervlak, hebben studies tot nog toe nooit waarneembaar bewijs voor het bestaan ervan kunnen geven.

Tot het nu opgedoken is in een piepklein diamantje met een doormeter van zo'n 3 millimeter,  dat is opgegraven in de Zuid-Afrikaanse Cullinan-mijn.  Die is vooral bekend voor de ontdekking in 1905 van de grootste natuurlijke diamant op aarde, de Cullinan-diamant, die nu op de kroonjuwelen van het Verenigd Koninkrijk prijkt.

Weergave van de bijzondere kristalstructuur van een perovskiet met de formule ABX3. Hier zijn de groene bollen A-atomen (een groter metalen positief geladen ion, zoals Ca2+), de blauwe bollen B-atomen (een klein metalen positief geladen ion, zoals Ti4+) en de rode bollen X-atomen (meestal zuurstof)

Diepe diamant

Het diamantje is gevonden op een diepte van minder dan 1 kilometer en is bestudeerd door een internationaal team. Ondanks de geringe diepte waarop het gevonden is, stelden de onderzoekers vast dat het ging om een "diepe diamant", die hoogstwaarschijnlijk gevormd is op zo'n 700 kilometer onder het aardoppervlak, die afkomstig is van een plaat oceaankorst die door subductie in de aardmantel is geschoven, en die blootgesteld is aan een druk van zo'n 240.000 atmosfeer. 

Het stukje calciumsilicaat perovskiet in de diamant was zichtbaar met het blote oog nadat de diamant gepolijst was, zo schrijven de onderzoekers, maar voor een gedegen analyse en beeldvorming was een internationale inspanning nodig. Onderzoek met röntgenstraling en spectroscopie bevestigde dat de diamant inderdaad calciumsilicaat perovskiet bevatte, hoogstwaarschijnlijk het eerste intacte staal dat ooit gezien is. 

Een getrouwe kopie van de Cullinan-diamant voor hij gekloofd en geslepen werd. Hij is met een gewicht van 3.106,75 karaat (621,35 gram) de grootste diamant van juweelkwaliteit die ooit gevonden is. Gery Parent

Kijken in de aarde

"Niemand is er ooit in geslaagd om dit mineraal stabiel te houden op het aardoppervlak", zo schreef mede-auteur Graham Pearson in een verklaring. "De enige mogelijke manier om dit mineraal op het aardoppervlak in stand te houden, is als het gevangen zit in een bikkelharde houder zoals een diamant." Pearson is een professor aan het Department of Earth and Atmospheric Sciences van de University of Alberta in Canada. 

"Diamanten zijn echt een unieke manier om te kijken naar wat er zich in de aarde bevindt", zei Pearson. "En de specifieke samenstelling van het perovskiet insluitsel in deze diamant, is een zeer duidelijke aanwijzing voor het recyclen van de oceaankorst in de lagere mantel van de aarde.  Dat verschaft een fundamenteel bewijs voor wat het lot is van de oceanische platen, als ze afdalen in de diepten van de aarde."

De studie over het perovskiet in het diamantje is verschenen in Nature.

De volledige foto van het diamantje, met in het midden het donkere insluitsel van het calciumsilicaat perovskiet (Foto: Nester Korolev UBC).