Perché l'olivina e i diamanti sono migliori amici

I diamanti sono i migliori amici di una donna, come cantava Marilyn Monroe 70 anni fa, e rappresentano un grosso problema per chi li cerca. "I produttori di diamanti a volte vorrebbero estrarre oro, rame o un'altra merce, perché nulla è così complicato come la scoperta e l'estrazione dei diamanti", sottolinea Andrea Giuliani, scienziato senior dell'Istituto di geochimica e petrologia dell'ETH di Zurigo. "Non esiste un metodo che garantisca di trovare i diamanti".

Giuliani studia la formazione e la presenza della gemma dal 2015. Il geologo, allora ancora all'Università di Melbourne, ha analizzato innumerevoli campioni di kimberlite, una roccia di origine magmatica di colore bluastro o nero. I diamanti si trovano solo dove c'è kimberlite. E queste a loro volta si trovano solo su blocchi continentali molto antichi, rimasti geologicamente immutati per miliardi di anni: principalmente in Canada, Sud America, Africa centrale e meridionale, Australia e Siberia. "Cercare una kimberlite è come cercare un ago in un pagliaio", dice Giuliani. "Una volta trovata questa roccia, inizia la complessa ricerca del diamante".

Molto ferro, niente diamanti

Giuliani e i suoi colleghi hanno ora sviluppato un metodo che semplificherà l'individuazione dei depositi di diamanti in futuro. Per farlo, si basano sulla composizione chimica delle kimberliti. Giuliani ha capito subito che esiste un legame tra la presenza di diamanti e l'olivina, un minerale che costituisce circa la metà delle kimberliti.

L'olivina è composta da diverse proporzioni di magnesio e ferro. Più ferro contiene l'olivina, meno magnesio ha il minerale e viceversa. "Nei campioni di roccia in cui l'olivina era molto ricca di ferro, non c'erano diamanti o ce n'erano pochissimi", hanno scoperto i ricercatori. "Le indagini hanno confermato che il rapporto ferro-magnesio dell'olivina è direttamente correlato al contenuto di diamanti della roccia kimberlite.

Con queste scoperte, Giuliani si è rivolto al produttore e commerciante di diamanti De Beers, che gli aveva deciso di fornire i campioni di kimberlite. De Beers si dimostrò interessata, sostenne finanziariamente le indagini scientifiche e chiese ai ricercatori di non pubblicare i risultati per il momento. Nel 2019 Giuliani è passato all'ETH di Zurigo come borsista Ambizione e, con il sostegno del Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca Scientifica, ha iniziato a cercare spiegazioni per il collegamento tra il contenuto di magnesio e ferro dell'olivina e la presenza di diamanti.

I diamanti non amano lo "stop-and-go"

A tal fine, i ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno studiato come la metasomatosi, che ha luogo nell'interno della Terra, influisce sui diamanti. Durante la metasomatosi, le rocce vengono attaccate da liquidi caldi e si fondono. I minerali presenti nella roccia reagiscono con le sostanze disciolte nei liquidi per formare altri minerali.

I geologi hanno analizzato campioni di kimberlite che contenevano olivine con un alto contenuto di ferro - e quindi nessun diamante. Hanno scoperto che l'olivina diventa più ferrosa dove il metallo fuso penetra nel mantello litosferico e cambia significativamente la composizione delle rocce. È proprio in questo strato, a una profondità di circa 150 chilometri, che si trovano i diamanti. I diamanti vengono distrutti dall'infiltrazione del metallo fuso, che rende l'olivina più ferruginosa. Se invece la fusione degli strati sottostanti non penetra nel mantello litosferico, o lo fa in minima parte, e quindi non avviene la metasomatosi, l'olivina contiene molto magnesio e i diamanti si conservano.

"Il nostro studio dimostra che i diamanti rimangono intatti solo se le kimberliti trasportano solo frammenti di mantello che non hanno ancora interagito fortemente con la precedente fusione nel loro percorso verso l'alto", afferma Giuliani. È importante capire che di solito le kimberliti non raggiungono la superficie terrestre in una sola volta. Piuttosto, iniziano a salire come massa liquida, raccolgono frammenti di mantello lungo il percorso, si raffreddano e poi si bloccano. Nell'impulso successivo, un'altra massa fusa arriva dalle profondità, porta con sé componenti del mantello raffreddato, sale più in alto, si raffredda e rimane bloccata. Questo processo può avvenire più volte. "È un vero e proprio stop-and-go con fusione, risalita, solidificazione. E questo ha un effetto distruttivo sui diamanti", afferma Giuliani. Se invece prevalgono condizioni che permettono alle kimberliti di risalire direttamente in superficie, allora è l'ideale per la conservazione dei diamanti, spiega il ricercatore.

De Beers utilizza già l'analisi dell'olivina

L'analisi dell'olivina è affidabile come i precedenti metodi di prospezione, che si basano principalmente sui minerali clinopirosseno e granato. Tuttavia, il nuovo metodo è meno dispendioso in termini di tempo e più rapido: bastano poche analisi per capire se ci si trova in un giacimento di kimberlite dove si possono trovare diamanti o meno.

L'analisi dell'olivina integra le misurazioni precedenti e contribuisce a creare un quadro più completo. "Il bello di questo nuovo metodo non è solo la semplificazione, ma anche il fatto che ci permette finalmente di capire perché i metodi precedenti funzionavano", afferma lo scienziato senior. E aggiunge: "De Beers sta già utilizzando il nuovo metodo".