ダイヤモンドの含有物

ダイヤモンドの内包物は、ダイヤモンドがマントル内で形成される過程でダイヤモンドの内部に閉じ込められるダイヤモンド以外の物質です。閉じ込められる物質は、他の鉱物や水などの液体です。ダイヤモンドは強度が高く、内包物や、ダイヤモンドを地表に運ぶ火山の母岩との反応性が低いため、ダイヤモンドは、マントルから地表までの変化する条件下で、内包物をそのまま保存する容器として機能します。ダイヤモンドは、その形成圧力に下限値しか設定できませんが、多くの内包物は、圧力、温度、さらには形成年代にまで追加の制約を与えます。

鉱物包有物、特にリソスフェアダイヤモンド中のケイ酸塩包有物は、ホストダイヤモンドのマントル母岩に応じて、エクロジャイト（Eタイプ）とペリドタイト（Pタイプ）の2つの主要なタイプに分類できます。これらはダイヤモンド形成の主な2つの母岩であり、ほとんどの場合ケイ酸塩包有物につながります。^{[1] [4]} PタイプとEタイプの包有物は、閉じ込められた鉱物に含まれる特定の物質の含有量に基づいて区別できます。たとえば、ガーネット包有物では、酸化クロム（III）（Cr ₂ O ₃）と酸化カルシウム（CaO）の含有比が分類の基準になります。^[5] Eタイプのガーネット包有物はCr ₂ O ₃が少なく、PタイプはCaOが少なくなります。希土類元素（REE）などの微量元素も、PタイプとEタイプのガーネット包有物を特徴付けることがあります。^[6]同様に、窒素包有物は安定同位体を分析することでP型包有物とE型包有物に分類できます。^[7]硫化物包有物の場合、レニウム-オスミウム年代測定によるオスミウム含有量によってP型包有物とE型包有物を区別できます。^[8]

南アフリカのカープバール・ジンバブエ・クラトンのクラトン地殻 では、深さ150kmの地震波速度が、ペリドタイトかエクロジャイトかを問わず、ダイヤモンド包有物の性質と相関している。これは、南アフリカだけでなく他の場所でも、リソスフェアのP波速度を使用して、さまざまなダイヤモンドの産出地域の分布をマッピングできることを示唆している。^[9]

メイジョライトや珪酸塩ペロブスカイト（ブリッジマナイト、デイブマオアイトなど）などのリソスフェア下部の鉱物包有物も、超塩基性包有物（ペリドタイト）と玄武岩質包有物（エクロジャイト）に分類できます。^{[11]しかし、これらの追加の分類は、サンプルの希少性、粒径の小ささ、}深部マントルの条件下での元の鉱物の組み合わせの認識の難しさなどにより、リソスフェア包有物よりも困難です。^[1]

鉱物の結晶化のタイミングは、ダイヤモンド内包物をプロトジェネティック、シンジェネティック、エピジェネティックの3つのタイプに分類するために使用できます。^[14]プロトジェネティック包有物内の鉱物は、ダイヤモンドの形成よりも前に結晶化しました。ホストダイヤモンドは、結晶化中に既存の鉱物をカプセル化しました。したがって、プロトジェネティック包有物は、ダイヤモンドの形成前に存在していた条件に関する情報を提供します。これにより、同じ世代のダイヤモンドから見つかった同位体の異なる鉱物包有物が説明できます。^[15]シンジェネティック鉱物包有物の場合、閉じ込められた鉱物とダイヤモンドの結晶化は同時に発生します。^[1]この場合、包有された鉱物の環境記録は、ホストダイヤモンドのものと一致します。シンジェネティック包有物は、ホストダイヤモンドの形態が閉じ込められた鉱物に課されることで証明できます。 ^[16]エピジェネティック包有物は、ダイヤモンドの形成後に結晶化した鉱物から形成されます。後から形成された鉱物はダイヤモンドの亀裂に沿って結晶化したり、既存のプロトジェネティック/シンジェネティック包有物が新しい物質に変化した可能性があります。^[1]

鉱物包有物は、地球のマントル内の極限環境下で形成された物質を地表の状態のまま保存することができます。^[1]これにより、これまでは実験室でしか合成できなかった鉱物の天然形態の発見が可能になります。^[17]たとえば、天然のカルシウムケイ酸塩ペロブスカイト（CaSiO ₃）は、2021年にダイヤモンド内の鉱物包有物として発見されたときに、最近、ダベマオアイトという鉱物名が付けられました。 ^[18]ダベマオアイトの合成には極限条件が必要であり、地球の表面で保存できるとは考えられなかったため、この発見は驚くべきものでした。^[17]

流体包有物は、ケイ酸塩、炭酸塩、水酸基、水、塩水などの物質を含む流体を閉じ込めます。^[19]このような流体包有物は、コーティングされたダイヤモンド（流体包有物を持つ多結晶ダイヤモンドでコーティングされた単結晶ダイヤモンド）と繊維状ダイヤモンド（繊維構造を持つダイヤモンドの棒または刃でコーティングされたダイヤモンド）に見られます。^[1]流体の微小包有物には主に炭酸塩が含まれており、ケイ酸塩またはハロゲン化物がケイ酸塩-炭酸塩またはハロゲン化物-炭酸塩の集合体を形成しています。^[20]同様に、沈み込みによって生じた高濃度の K および Cl を含む塩水は、曇ったダイヤモンド（流体が豊富な中心の繊維状ダイヤモンドが流体の少ない外側のダイヤモンドに変化したもの）の微小包有物から見ることができます。^[21]塩水とケイ酸の流体包有物は共存せず、ダイヤモンドの形成中に 2 つの流体が混ざり合わないことを意味しています。^{[22] [23]}硫化物包有物などの沈み込み帯に由来する揮発性物質の存在は、ダイヤモンドが生成された特定の大陸におけるダイヤモンド形成中の沈み込みに関連した地殻リサイクルの可能性を示唆している可能性がある。^[24]

2018年、ダイヤモンド包有物の中に氷VIIと呼ばれる高圧の水が発見されました。この発見は遷移層に水分を多く含む流体が存在することを示唆しています。^[25]

ダイヤモンド形成条件である高圧高温下では、含水ケイ酸塩溶融物と水性流体が単相の超臨界混合物を形成する。この混合物は、多相介在物を含む繊維状、曇り状、または多結晶ダイヤモンドを形成する。^{[26]多相介在物は流体（主に炭酸塩とケイ酸塩、}高密度水性流体、塩水を含む）と鉱物介在物を同じダイヤモンド内に含む。^[27]

ダイヤモンドに閉じ込められた物質の組成と相を分析するためには、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）、透過型電子顕微鏡法（TEM）、走査型電子顕微鏡法（SEM）イメージング、電子マイクロプローブ（EPMA）などの高解像度技術が一般的に使用されています。 ^[1]マイクロラマン分光法、ひずみ複屈折分析、単結晶X線回折などの非破壊弾性法は、サンプルの損傷を最小限に抑えながら、ダイヤモンド内部の物質の圧力-温度条件を推定するために使用されます。^[1]