I diamanti super profondi: un laboratorio naturale per nuovi minerali di alta pressione

1. I diamanti super profondi: un laboratorio naturale per nuovi minerali di alta pressione Fabrizio Nestola Dipartimento di Geoscienze UniversitàdegliStudi di Padova GNM Padova 17-18 giugno 2013

2. Geosciences Padova Perché i diamanti sono importanti nelle scienze della terra ?? • Petrologia • 2) Geochimica • 3) Mineralogia • 4) Geofisica Evoluzione geodinamica del mantello terrestre GNM Padova 17-18 giugno 2013

3. Geosciences Padova 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 GNM Padova 17-18 giugno 2013

4. Geosciences Padova Distribuzione mondiale GNM Padova 17-18 giugno 2013

5. Geosciences Padova IL LABORATORIO Struttura della Terra basata su dati sperimentali ottenuti principalmente attraverso sintesi in multi-anvil press GNM Padova 17-18 giugno 2013

6. Geosciences Padova 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 GNM Padova 17-18 giugno 2013

7. Geosciences Padova 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 GNM Padova 17-18 giugno 2013

8. Geosciences Padova 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 GNM Padova 17-18 giugno 2013

9. Geosciences Padova 410 km 525 km ringwoodite wadsleyite olivina 660 km Mg-Si perovskite Ferropericlasio GNM Padova 17-18 giugno 2013

10. Geosciences Padova 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 GNM Padova 17-18 giugno 2013

11. Geosciences Padova Nanoinclusioni di un silicato di alluminio GNM Padova 17-18 giugno 2013

12. Geosciences Padova 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 GNM Padova 17-18 giugno 2013

13. Geosciences Padova Spettro EELS eseguito al TEM sulle nanoinclusioni Il picco indicato dalla freccia a 528 eV indica la presenza dell’OH GNM Padova 17-18 giugno 2013

14. Geosciences Padova Quali silicati idrati di alta pressione con un rapporto Si/Al ~ 1 sono conosciuti ad oggi? FASE “EGG” AlSiO3(OH) GNM Padova 17-18 giugno 2013

15. Geosciences Padova 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 GNM Padova 17-18 giugno 2013

16. Geosciences Padova 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 GNM Padova 17-18 giugno 2013

17. Geosciences Padova LA FASE 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

18. Geosciences Padova 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…? GNM Padova 17-18 giugno 2013

19. Geosciences Padova 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 Polimorfo 2 cella monoclina β = 98 ° nessun altro dato riportato GNM Padova 17-18 giugno 2013

20. Geosciences Padova La diffrazione elettronica sulle nanoinclusioni Polimorfo 2 monoclino riscontrato in un unico cristallo Polimorfo 1 tetragonale riscontrato in 71 cristalli analizzati MINERALE NUOVO MINERALE NUOVO Che relazioni esistono tra queste due fasi????? Analogo naturale della FASE EGG???? GNM Padova 17-18 giugno 2013

21. Geosciences Padova 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

22. Geosciences Padova 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 GNM Padova 17-18 giugno 2013

23. G R A Z I E !!! Foto: Matteo Chinellato