El lecho marino podría estar destinado a convertirse en diamantes

Michael Förster estaba decepcionado. Como estudiante de doctorado en la Universidad Macquarie de Australia, Förster había pasado meses cocinando rocas para crear mica escamosa y trémula en el laboratorio, pero apenas tenía nada que mostrar tras todo su esfuerzo. Pero en una reunión con su supervisor, su consternación se convirtió en alegría. En lugar de desvelar los misterios de las micas, se dio cuenta de que su investigación podía explicar la enigmática formación de otro mineral resplandeciente: el diamante.

Esas valiosas piedras suelen tener impurezas de sal que para los científicos son difíciles de explicar. La nueva investigación, publicada esta semana en la revista Science Advances, sugiere que estas inclusiones son diminutas cápsulas del tiempo de los sedimentos que existieron en los antiguos océanos.

Estos sedimentos pueden verse arrastrados a las profundidades de la Tierra debido al reciclaje constante de la superficie de nuestro planeta en las denominadas zonas de subducción, regiones del planeta donde una placa tectónica se introduce debajo de otra. El nuevo estudio recrea las reacciones complejas que tienen lugar a entre 100 y 200 kilómetros bajo la superficie, cuando estos sedimentos y las rocas de las profundidades de la Tierra se cuecen a temperaturas altísimas. Y los sedimentos marinos parecen ser la clave de estas reacciones.

«Me emocioné muchísimo», afirma Förster, ahora posdoctorado en Macquarie. «Me di cuenta de lo especial que era».

Thomas Stachel, científico experto en diamantes en la Universidad de Alberta, señala que este mecanismo podría no aplicarse a los diamantes más antiguos que se formaron hace miles de millones de años en la Tierra primitiva, cuando nuestro reciente planeta estaba mucho más caliente. Pero para los diamantes más recientes, «es definitivamente una explicación muy buena e interesante», afirma.

«No estoy seguro de que esta sea la última palabra», añade. «Pero han producido algo que es una muy buena coincidencia derritiendo los sedimentos».

Entrañas resplandecientes

Normalmente, los diamantes se forman a casi 160 kilómetros bajo la superficie terrestre y se cristalizan en las denominadas raíces cratónicas, regiones de manto antiguo y rígido que apuntalan los continentes suprayacentes. La profundidad máxima perforada hasta la fecha es de más de 12,2 kilómetros, así que nadie ha podido estudiar de forma directa lo que ocurre a estas profundidades extremas.

Solo podemos disfrutar de los diamantes porque salen a la superficie durante raras erupciones volcánicas que desentierran roca fundida de las profundidades conocidas como magma de kimberlita. Pero las condiciones exactas que provocan su formación han sido un misterio durante años.

Una cuestión particularmente curiosa es cómo surgió la composición química de las diminutas inclusiones de fluido del interior de muchos diamantes, conocidos como diamantes fibrosos. Estos fluidos albergan un exceso inusual de sales de potasio en relación a las sales de sodio, proporciones químicas que no se sabe que existan en las profundidades de la Tierra.

Un estudio de 2015 publicado en Nature sugería que este fluido salado era el resto de agua de mar antigua que había alterado el fondo marino, que se quedó atrapada en los minerales de la corteza y que posteriormente se liberó cuando la losa de roca subducida se sumergió en la Tierra. Pero, según Förster, esto aún no explicaba el exceso inusual de potasio en las mezclas saladas de los diamantes.

Las profundidades de la Tierra en una píldora

En el último estudio, los investigadores recrearon las condiciones que podrían hallarse en las profundidades subterráneas en una diminuta cápsula de platino. Este recipiente en forma de lata se revistió con carbono y, a continuación, se rellenó con una capa de sedimentos molidos del fondo marino recuperados por el International Ocean Discovery Project, junto con una capa de minerales molidos de una roca denominada peridotita, habitual en el manto superior donde se forman los diamantes.

A continuación, los investigadores emplearon un cilindro-pistón para comprimir la pequeña cápsula y alcanzar las presiones de las zonas de formación de diamantes hasta seis gigapascales (similar a tener «un edificio entero encima del pie», explica Förster). Finalmente, calentaron la cápsula eléctricamente para alcanzar temperaturas de hasta 1.100 grados Celsius y, a continuación, dejaron que se cociera entre dos y 14 días.

Una vez se completó la cocción de las cápsulas, los investigadores estudiaron los resultados de las reacciones químicas. Hallaron una proporción alta de sales de potasio respecto a las sales de sodio, similar a la que hallaron en las inclusiones de diamantes, así como la formación de un mineral rico en sodio denominado clinopiroxeno.

«Es básicamente esta formación de clinopiroxeno la que absorbe el sodio en esta zona de reacción», explica Stachel. Esa misma reacción podría estar ocurriendo en las profundidades del subsuelo, lo que permitiría que las inclusiones de los diamantes consigan sus curiosas composiciones químicas.

El nacimiento de una gema

Con esta nueva información, los investigadores han propuesto un modelo modificado de la formación de muchos de los diamantes del mundo.

Cuando una placa tectónica se introduce en las profundidades, sostienen que empieza a formarse una sopa terrestre. Se libera agua conforme los minerales de la corteza y las arcillas de los sedimentos se calientan. El agua se infusiona con carbono disuelto de la materia orgánica del fondo marino, el propio manto o las arenas de carbonato formadas con piedra caliza y los restos óseos de las criaturas marinas.

El nuevo componente que proponen, los sedimentos marinos derretidos, también se añaden a la mezcla. A continuación, este fluido se filtra por el manto y reacciona con las rocas circundantes para producir la solución salada final y rica en carbono a partir de la que se cristalizan poco a poco los diamantes.

Karen Smit, geóloga de diamantes en el Instituto Gemológico de América, está entusiasmada con el nuevo trabajo, pero advierte de que aún queda mucho por aprender sobre la formación de estas gemas.

«Esto tiene lugar en una parte inaccesible de la Tierra y aún quedan muchas incógnitas ahí abajo», afirma.

Smit también insiste en que no todos los diamantes se forman del mismo modo. Algunos diamantes parecen desarrollarse a mucha profundidad, a cientos de kilómetros bajo la superficie. Algunos contienen incluso elementos extra, como boro, que les dotan de tonos brillantes, como el famoso tono azul del Diamante Hope.

«Cada día, vemos cosas que no comprendemos», afirma Smit, que señala que su trabajo en el instituto la pone en contacto con cientos de diamantes cada día. Con todo, la nueva investigación es una pista emocionante que sumar a nuestra comprensión de la formación de diamantes y subraya la relevancia a menudo pasada por alto de estas piedras brillantes.

«Los diamantes no son solo bonitos», afirma. «También nos revelan mucho sobre la Tierra».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.