El manto terrestre es un motor incansable y enigmático que impulsa el vulcanismo, recicla la corteza y regula la evolución a largo plazo del planeta. Sin embargo, una de sus características más esquivas —el estado redox, o el equilibrio de especies químicas oxidadas y reducidas— sigue siendo difícil de medir directamente.
por la Universidad Hebrea de Jerusalén
Un nuevo estudio dirigido por Yael Kempe y Yaakov Weiss, del Instituto de Ciencias de la Tierra de la Universidad Hebrea, ofrece una visión excepcional de estos procesos profundos, capturados en nano y microinclusiones de diamantes de la mina Voorspoed de Sudáfrica. El estudio se publica en la revista Nature Geoscience .
Durante décadas, modelos y experimentos de alta presión han sugerido que las aleaciones metálicas ricas en níquel deberían estabilizarse en el manto a profundidades de aproximadamente 250 a 300 km. Sin embargo, las muestras naturales que confirman estas predicciones han sido extremadamente escasas.
En colaboración con colegas de la Universidad de Nevada, la Universidad de Cambridge y el Nanocentro de la Universidad Hebrea, el equipo de Weiss ha identificado nanoinclusiones metálicas de níquel-hierro y microinclusiones de carbonato ricas en níquel preservadas en el interior de diamantes formados entre 280 y 470 km bajo la superficie terrestre. Estas inclusiones representan la primera evidencia directa de aleaciones ricas en níquel a la profundidad prevista, una validación largamente buscada de los modelos redox del manto.
La carga mineral de los diamantes también incluye coesita, fases aluminosas ricas en K e inclusiones de nitrógeno sólido molecular, lo que proporciona múltiples marcadores de presión que restringen firmemente su origen al manto superior profundo y la zona de transición superficial.
Instantáneas redox congeladas en carbono
La importancia del hallazgo va más allá de la simple confirmación de modelos teóricos. La coexistencia de una aleación de níquel-hierro y un carbonato rico en níquel apunta a una reacción metasomática de congelación redox, una interacción dinámica en la que una masa fundida carbonatítico-silícica oxidada se infiltró en peridotita reducida, portadora de metal. Esto se suma a la evidencia previa, obtenida a menor profundidad, de que este es el principal modo de formación de los diamantes naturales.
En este entorno, la oxidación preferencial del hierro en relación con el níquel impulsó el enriquecimiento de la aleación residual en níquel. Simultáneamente, carbonatos ricos en níquel y diamantes cristalizaron a partir de la masa fundida. En efecto, los diamantes congelaron un momento geoquímico fugaz: la conversión de una roca del manto reducida en un dominio más oxidado y rico en volátiles, y la reducción de carbonatos para formar diamantes.
«Esta es una rara instantánea de la química del manto en acción», afirma Weiss. «Los diamantes actúan como pequeñas cápsulas del tiempo, preservando una reacción que, de otro modo, desaparecería a medida que los minerales se reequilibran con su entorno».
Implicaciones para la dinámica del manto y el magmatismo
Estos hallazgos tienen amplias implicaciones. Si las reacciones metasomáticas localizadas oxidan periódicamente pequeñas porciones del manto, podrían ayudar a explicar por qué algunas inclusiones en otros diamantes superprofundos registran condiciones de oxidación inesperadamente altas.
Estos procesos también arrojan luz sobre el origen de los magmas ricos en volátiles. El enriquecimiento de la peridotita del manto en carbonato, potasio y elementos incompatibles durante estos eventos redox podría preparar el manto para la posterior formación de kimberlitas, lamprófiras e incluso algunos basaltos de islas oceánicas.
En otras palabras, las diminutas inclusiones en los diamantes de Voorspoed apuntan a vínculos a gran escala entre la subducción, la dinámica redox del manto y la generación de magmas que dan forma a los continentes y llevan los diamantes a la superficie.
Los diamantes como testigos del manto
El estudio subraya el valor científico de los diamantes como algo más que simples piedras preciosas. Sus inclusiones, ya sean aleaciones a escala nanométrica o minerales de alta presión, ofrecen uno de los únicos registros naturales de las condiciones a cientos de kilómetros bajo nuestros pies.
El trabajo de Kempe y Weiss marca un hito: la primera confirmación natural de aleaciones ricas en níquel en las profundidades del manto predichas por la teoría, y una vívida ilustración de cómo el paisaje redox de la Tierra evoluciona a través de la interacción entre la roca fundida y el manto.
A medida que los investigadores continúan explorando estas cápsulas del tiempo minerales, podríamos descubrir que los diamantes , que en su día fueron símbolos de permanencia, también son narradores de historias de cambio, dando testimonio de la química oculta del manto y de los procesos que siguen dando forma a nuestro dinámico planeta.
Más información: Estado redox del manto superior profundo registrado por inclusiones de diamantes ricos en níquel, Nature Geoscience (2025). DOI: 10.1038/s41561-025-01791-4 .
