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
Evoluzione geodinamica
del mantello terrestre
4) Geofisica
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Origine dei diamanti
~94% dei diamanti
sono di natura subcratonica
~6% dei diamanti
sono definiti superprofondi
zona di transizione-mantello inferiore
Shirey et al. 2013
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Distribuzione mondiale
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IL LABORATORIO
Struttura della Terra
basata
su dati sperimentali
ottenuti
principalmente
attraverso sintesi
in multi-anvil press
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I diamanti super profondi del Mato Grosso
São 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 Grosso
São Luiz, Juina, Brasile
Principali minerali ritrovati
Ferropericlasio = (Mg,Fe)O
Perovskite di magnesio = (Mg,Fe)SiO3
Perovskite di Ca-Si = CaSiO3
Stishovite = SiO2
TAPP = (Mg,Fe)3Al2Si3O12, tetragonale
Majorite = (Mg,Fe,Ca)3(Mg,Al,Si)2Si3O12
Ilmenite = FeTiO3
Titanite = CaTiSiO5
Moissanite = SiC
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L’associazione Mg-Si-perovskite - ferropericlasio…
…siamo davvero nel mantello inferiore?
McCammon (2001, Science)
Enstatite (Mg,Fe)SiO3
CaAl2Si2O8
0.2 mm
Ferropericlase (Mg,Fe)O
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410 km
525 km
wadsleyite
olivina
ringwoodite
660 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
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Nanoinclusioni
di un silicato
di 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 Å
b = 4.335 Å
c = 6.952 Å
 = 98.40°
Gruppo spaziale = P21/n
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Il campo di
stabilità
della
FASE EGG
Nostri dati non pubblicati
mostrano che la fase Egg
può essere sintetizzata
a 26 GPa e 1460 °C
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LA FASE 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………
Wirth et al. 2007
Rapporto Si/Al ~ 1
In un diamante brasiliano da Juina sono state trovate delle
nanoninclusioni 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
Polimorfo 1
cella tetragonale
a = b = 7.43 Å
c = 7.06 Å
Sono stati individuati
due polimorfi
relativi alle nanoinclusioni
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Polimorfo 2
cella monoclina
β = 98 °
nessun altro dato
riportato
La diffrazione elettronica sulle nanoinclusioni
Polimorfo 1 tetragonale
riscontrato in 71 cristalli analizzati
MINERALE NUOVO
Che relazioni
esistono tra queste
due fasi?????
Polimorfo 2 monoclino
riscontrato in un unico cristallo
MINERALE NUOVO
Analogo naturale della
FASE EGG????
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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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CONCLUSIONI
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
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
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Foto: Matteo Chinellato
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