מחקר חדש: לפענח דרך יהלומים תעלומות גאולוגיות

מחקר חדש שפורסם בכתב העת היוקרתי Nature Communications מצא דרך מדויקת לפענח גילים של יהלומים מסוג Fibrous diamonds, הכולאים בתוכם נוזלים עשירי מים ופחמן דו-חמצני, וקישר בינם לבין ההיסטוריה הגאולוגית של דרום אפריקה, אחד מהאזורים היבשתיים העתיקים ביותר בכדור-הארץ.

צוות החוקרים, בהובלת ד"ר יעקב וייס מהמכון למדעי כדור-הארץ באוניברסיטה העברית וד"ר יעל קירו ממכון ויצמן למדע, קבעו את גילי היהלומים באמצעות ריסוק היהלום, שחרור הגזים הכלואים בנוזלים למדידת האיזוטופים של הליום (אטומי הליום בעלי מסה שונה - 3He ו 4He), ומדידות עוקבות של תוריום ואורניום ביהלום. אלו אפשרו קביעת גיל לפי קצב הדעיכה הרדיואקטיבית של האורניום והתוריום והיצירה של 4He בתהליך זה.

הנתונים מהיהלומים, בשילוב עם העדויות הגאולוגיות להתפתחות המעטפת של דרום אפריקה, אפשרו להגביל את הדיפוזיה המקסימלית של הליום ביהלום (הקצב המקסימלי שבו מולקולות ההליום הקטנות והזריזות יכולות לדלוף מחוץ ליהלום).

לדברי קירו, "זוהי הפעם הראשונה שכדור-הארץ משמש מעין מעבדה טבעית שבה אנחנו עושים ניסוי בן מיליארדי שנים שמאפשר לנו להעריך מקדמי דיפוזיה לאורך זמן, פיסת מידע שבלעדיה המסקנות על הגילים היו פחות משמעותיות". המחקר נעשה בשיתוף פרופ' סטיב גולדשטיין, פרופ' קורנליה קלאס ופרופ' גיזלה ווינקלר מלמונט-דוהרטי באוניברסיטת קולומביה, ופרופ' ג'ף הריס מאוניברסיטת גלאזגו.

במחקר זוהו שלוש תקופות שונות של היווצרות יהלומים, כל אחת על-ידי חומר נוזלי שונה, שהתרחשו במעטה החיצוני של כדור-הארץ בדרום אפריקה של ימינו. התקופה העתיקה ביותר התרחשה במהלך פרק הזמן שלפני 2.6-700 מיליון שנה, ובה הרכב הנוזלים ביהלום היה עשיר מינרליים פחמתיים (קרבונטיים).

לפי החוקרים, קיים קשר בין התהליכים בהם נוצרים רכסי הרים ובין אלו המובילים ליצירת נוזלים קרבונטיים בעומק הקרקע, אך לדברי החוקרים הוא עדיין אינו ברור. ד"ר וייס מהאוניברסיטה העברית מסביר: "אנו משערים שהתקופה חפפה לזמן ההיווצרות של אחד מרכסי ההרים הגדולים על פני השטח בדרום אפריקה במהלך התקופה הגאולוגית של האורוגנזה הקיבארית, כתוצאה מהתנגשות יבשות ובדומה להיווצרות רכסי ההימלאיה והאלפים כיום".

התקופה השנייה נמשכה לפני 300-550 מיליון שנה, זמן שבו יבשות כדור-הארץ, שהיו מאוחדות, החלו לנדוד ולשנות את תצורתן. ואכן, החוקרים מצאו שהרכב הנוזלים היה עתיר מינרלי סיליקה, דבר המעיד על שינוי בתנאים התת קרקעיים באותה תקופה ביבשת הפרוטו-אפריקנית. התקופה השלישית התרחשה לפני 85-130 מיליון שנה, ובה הרכב הנוזלים התחלף שוב והיה עתיר תרכובות מלחים המכילות בעיקר נתרן, אשלגן וכלור. הרכב זה מעיד על כך שמקור הנוזלים שיצרו את יהלומים אלו אינם ממעטפת כדור-הארץ, אלא מקרקעית אוקיאנוס שנדחפה לעומק, אל מתחת למסה יבשתית, בעקבות תזוזת לוחות טקטוניים.

לדברי וייס, "המחקר מספק הבנה טובה יותר של התהליכים היבשתיים, שעד כה היו בגדר חידה, ושל נוזלי כדור-הארץ העמוקים שמשתתפים בתהליכים אלו ויוצרים יהלומים". הוא מוסיף: "ניתן ליישם את השיטה באזורים אחרים בהם מצויים יהלומים בעולם, כולל אוסטרליה, ברזיל וצפון קנדה ורוסיה, במטרה לפענח את ההיסטוריה הגאולוגית העמוקה של אותם אזורים, ולפתח תובנות חדשות לגבי התפתחות יבשות בכדור-הארץ".