¿Los diamantes se forman a partir del carbón? No. Así se forman

Introducción

Un diamante octaédrico sin tallar de Sudáfrica. La forma de ocho caras refleja la estructura cristalina cúbica del diamante y es una de las formas clásicas en que los diamantes pueden crecer en el manto. Foto: James St. John / CC BY 2.0 vía Wikimedia Commons.

La historia que muchos aprendimos en la escuela, que los diamantes son carbón comprimido, es uno de los mitos más tenaces de las ciencias de la Tierra. Sobrevive porque la geología real es más extraña y más difícil de meter en una caja de cereales.

El carbón es una roca sedimentaria de la corteza somera formada a partir de materia vegetal enterrada. Los grandes depósitos pantanosos que suministraron buena parte del carbón del mundo son en su mayoría del Carbonífero o más jóvenes: cientos de millones de años, no miles de millones.¹. La mayoría de los diamantes gema naturales datados tienen más de mil millones de años. Muchos se formaron a unos 140–200 kilómetros bajo la superficie, en las frías raíces mantélicas que hay bajo los continentes antiguos. Su carbono era carbono del manto residente allí desde hacía mucho tiempo o carbono de la superficie reciclado hacia el manto por subducción, no carbón. Ambos comparten un elemento. Sus historias geológicas habituales son casi por completo distintas.

Esta es la versión con la que trabajan realmente los geólogos.

Respuesta rápida: cómo se forman los diamantes

La mayoría de los diamantes gema litosféricos se forman a unos 140–200 km bajo la superficie, en el manto subcratónico, a presiones de alrededor de 5 GPa (unas 50.000 atmósferas) y temperaturas cercanas a 1.300 °C². Cristalizan a partir de fluidos y fundidos con carbono bajo las partes más antiguas y gruesas de los continentes. Muchos diamantes naturales datados son antiquísimos, por lo común de cientos de millones a miles de millones de años, con poblaciones principales de entre unos 1.000 y 3.500 millones de años. Solo llegan a la superficie cuando un magma kimberlítico se abre paso hacia arriba desde muy por debajo de la litosfera y los arrastra consigo a una velocidad inusual. El viaje es geológicamente abrupto: en algunos modelos, de horas a días para las etapas clave del ascenso, no un lento levantamiento a lo largo de millones de años.

Por qué los diamantes no vienen del carbón

El carbón se forma en los primeros kilómetros de la corteza terrestre, cuando la materia vegetal queda enterrada en ambientes pantanosos y se transforma lentamente por el calor y la presión. Los diamantes se forman en condiciones del manto donde no existen capas de carbón y donde este no puede sobrevivir como tal. Incluso cuando un diamante contiene carbono con una firma isotópica orgánica, ese carbono llegó al manto a través de sedimentos subducidos o de corteza oceánica alterada, no como un trozo intacto de carbón. El carbono de un diamante gema típico formaba parte del reservorio de carbono del manto, residente allí desde hacía mucho tiempo, o fue reciclado hacia el manto por placas oceánicas en subducción mucho antes de que el diamante llegara a la superficie.

La distinción importante no es que el carbono de la superficie nunca pueda entrar en la historia del diamante. Puede. El problema es la versión de dibujos animados: una veta de carbón empujada cada vez más hondo hasta convertirse en diamante.

En cuanto comparas los escenarios, la historia del carbón se desmorona rápidamente:

• El material no cuadra: el carbono del diamante estaba alojado en el manto en el momento de la cristalización; incluso el carbono reciclado de la superficie llegó al manto por subducción, no como carbón enterrado.
• La profundidad no cuadra: los diamantes crecen a unos 150–200 km de profundidad, no en cuencas sedimentarias someras.
• La presión no cuadra: las cuencas carboníferas someras nunca alcanzan las decenas de miles de atmósferas necesarias para la estabilidad del diamante.
• Y la cronología no cuadra: muchos diamantes tienen miles de millones de años, mientras que los grandes depósitos de carbón tienen en su mayoría cientos de millones de años.

Algunos diamantes —en especial los diamantes eclogíticos de los que hablamos más abajo— sí contienen carbono reciclado desde la superficie. Pero ese carbono viajó al manto dentro de placas oceánicas en subducción cientos de millones de años antes de cristalizar como diamante. No era un trozo de carbón apretado en una prensa.²

Qué necesita realmente el crecimiento del diamante

Si le quitas el romanticismo, la formación del diamante necesita que se alineen cuatro cosas.

1. Carbono

El carbono del diamante está alojado en el manto en el momento de la cristalización, pero los estudios isotópicos muestran más de una fuente. Parte del carbono parece ser carbono del manto residente allí desde hace mucho tiempo. Otra parte fue reciclada desde la superficie por subducción, probablemente como carbonato, corteza oceánica alterada o carbono sedimentario arrastrado a las profundidades del manto. La fracción reciclada está bien documentada en los diamantes eclogíticos, cuyas firmas isotópicas de carbono coinciden con las de los sedimentos marinos y, en algunos casos, con las de biomasa antigua.

2. Presión

En las condiciones adecuadas del manto, el diamante es la forma estable de alta presión del carbono. A las temperaturas propias del manto, el límite grafito–diamante se sitúa en torno a 4–5+ GPa; por debajo de ese límite el polimorfo estable es el grafito, mientras que por encima lo es el diamante. La mayoría de los diamantes gema litosféricos se forman entre unos 4,5 y 6 GPa, lo que equivale a profundidades de aproximadamente 150–200 km³. A presiones más bajas, el grafito es la forma termodinámicamente estable del carbono, pero el diamante puede persistir de forma metaestable si la conversión está bloqueada cinéticamente. Por eso los diamantes sobreviven en la superficie de la Tierra.

3. Temperatura

El manto está caliente, pero no de manera uniforme. Los diamantes cristalizan entre unos 900 y 1.400 °C: lo bastante caliente para que el carbono se movilice en fluidos y fundidos, y lo bastante frío para que el diamante se mantenga estable frente al grafito. Gran parte del manto convectivo está, a una presión dada, demasiado caliente para la estabilidad del diamante a largo plazo.

4. Un medio de crecimiento

Los diamantes gema no se hacen simplemente comprimiendo roca sólida. Por lo general crecen a partir de fluidos, fundidos o líquidos metálicos con carbono, a menudo mediante reacciones redox en las rocas del manto. El carbono se disuelve en esos medios. Cuando cambian la presión, la temperatura, la fugacidad de oxígeno o la química del entorno, el diamante puede cristalizar.

Diagrama de fases presión–temperatura del carbono. El diamante solo es termodinámicamente estable por encima de unos 4–5 GPa. Todo diamante en la superficie es técnicamente metaestable. Diagrama: User Femto / dominio público vía Wikimedia Commons.

Representa la presión frente a la temperatura y las reglas se hacen visibles. El límite diamante/grafito va desde unos 4 GPa a 1.000 °C hasta aproximadamente 5,5 GPa a 1.400 °C. Bajo un continente antiguo y frío, la geoterma apenas cruza hacia el campo de estabilidad del diamante a unos 150–200 km de profundidad. La geoterma bajo la mayoría de las cuencas oceánicas o de las cadenas montañosas jóvenes no entra en esa misma ventana de estabilidad del diamante. Por eso los diamantes gema de origen mantélico con importancia económica son, de forma abrumadora, un fenómeno cratónico: proceden de un tipo particular de continente antiguo y frío.

Hay una pega más, y no tiene que ver con la presión ni con la temperatura. Tiene que ver con la cinética. Los diamantes en la superficie de la Tierra son técnicamente metaestables. Deberían convertirse en grafito. No lo hacen porque la energía de activación de la conversión es tan alta que, a temperatura ambiente, tardaría más que la edad del universo. Los diamantes son eternos en la práctica, no en principio.

Dónde se forman los diamantes: bajo los continentes más antiguos

Los diamantes no son rocas de la corteza. Se forman en el manto, sobre todo bajo un tipo particular de continente antiguo: los cratones.

Cratones

Los continentes tienen una anatomía oculta. La parte visible —montañas, llanuras, cuencas sedimentarias— descansa sobre estructuras más antiguas y profundas llamadas cratones. Un cratón es un núcleo continental antiguo y estable, por lo común con núcleos corticales arcaicos y una quilla gruesa y fría de manto litosférico que puede extenderse hasta unos 150–250 km bajo la superficie.⁴.

Esas raíces mantélicas son las fábricas de diamantes. Son frías en relación con el manto circundante, están químicamente empobrecidas (la mayor parte de sus componentes fusibles se extrajeron hace miles de millones de años) y son estables a escalas de tiempo geológicas. La combinación las mantiene en el campo de estabilidad del diamante durante los largos periodos que requiere el crecimiento del diamante.

El patrón es global pero selectivo. Las provincias diamantíferas famosas se agrupan en torno a raíces continentales antiguas, entre ellas el cratón de Kaapvaal en el sur de África, el cratón Siberiano, el cratón Slave en el norte de Canadá, los cratones de África Occidental y del Congo, y partes de la India, Brasil y Australia.

Algunos ejemplos:

• Kaapvaal (sur de África): Cullinan, Letseng, Venetia
• Siberiano (Rusia): Mir, Udachnaya, Yakutia
• Slave (norte de Canadá): Ekati, Diavik, Gahcho Kué
• África Occidental: Sierra Leona, Liberia, Guinea
• Congo / Kasai (África central): Mbuji-Mayi
• Cratón Amazónico / provincia Río Negro–Juruena (Brasil): Juína, incluidos diamantes superprofundos como la muestra con ringwoodita de Pearson.
• Tanzania: Williamson y otras ocurrencias diamantíferas tanzanas relacionadas
• Cratón de Dharwar, sur de la India: los históricos diamantes de la región de Golconda/Krishna.
• Región de Bundelkhand, India central: provincia diamantífera de Panna/Majhgawan.
• Superior (Canadá): mina Victor, en Ontario
• Norte de Australia / Kimberley: incluida Argyle, una excepción que se trata más adelante

La mina de Mir, en Yakutia: 525 m de profundidad y 1,2 km de diámetro, un corte literal a través de una chimenea kimberlítica devónica en el cratón Siberiano. Foto: Staselnik / CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons.

Por qué la mayor parte de la Tierra no produce diamantes

Las cadenas montañosas jóvenes no producen los clásicos diamantes gema de origen mantélico que entregan las kimberlitas. En los cinturones de colisión existen raros microdiamantes metamórficos de ultraalta presión, pero son otra historia geológica y no se explotan económicamente. La litosfera oceánica moderna no proporciona las raíces mantélicas antiguas, frías y gruesas que necesita el sistema clásico de diamantes gema alojados en kimberlitas. Los márgenes continentales adelgazados, como la costa este de EE. UU., tampoco. Su litosfera es demasiado delgada, demasiado caliente o ambas cosas: el campo de estabilidad del diamante empieza a más profundidad de la que alcanza la litosfera.

Cualquier diamante hallado en un arroyo de montaña joven es aluvial: erosionado de una roca más antigua en algún punto aguas arriba y transportado hasta allí por el agua. Su verdadero lugar de nacimiento es más antiguo y más profundo.

Dos tipos de diamantes naturales

La mayoría de los diamantes litosféricos se reparten en dos grandes familias: los diamantes peridotíticos, crecidos en la peridotita del manto, y los diamantes eclogíticos, crecidos en rocas vinculadas a corteza oceánica subducida.⁵ Los diamantes peridotíticos constituyen aproximadamente dos tercios de los diamantes litosféricos, mientras que los eclogíticos representan buena parte del resto.

Diamantes peridotíticos (tipo P)

Estos se forman en la peridotita, la roca dominante del manto superior. Sus inclusiones —diminutos granos de olivino, ortopiroxeno y granate piropo rico en cromo atrapados durante el crecimiento— son los mismos minerales que componen el manto cratónico. Su firma isotópica de carbono (δ¹³C ≈ −5 ‰) coincide con la del carbono del manto en conjunto. Muchas poblaciones bien datadas de diamantes de tipo P son arcaicas, por lo común de más de 2.500 millones de años; algunas superan los 3.000 millones de años. Muchos cristalizaron mientras sus cratones anfitriones aún se estaban estabilizando.

Diamantes eclogíticos (tipo E)

Estos tienen una historia más complicada. Sus inclusiones —piroxeno sódico, granate cálcico— coinciden con la eclogita, la forma de alta presión del fondo oceánico basáltico. La eclogita llega al manto profundo por subducción: cuando las placas oceánicas se hunden bajo los continentes, el basalto que un día fue fondo marino se transforma en eclogita en profundidad.

Los diamantes eclogíticos son especialmente reveladores. Sus isótopos de carbono abarcan un rango mucho más amplio (de −20 a +5 ‰), con una marcada cola hacia el carbono isotópicamente ligero: el tipo de firma que se obtiene de la materia biológica o de los sedimentos carbonatados depositados en el océano. Esa señal isotópica es una de las pistas más claras de que el carbono de la superficie puede ser arrastrado hacia abajo por la subducción y quedar después encerrado en un diamante.

Los diamantes de tipo E abarcan también un rango de edades más amplio, desde el Arcaico tardío (~2,9 Ga), pasando por el Mesoproterozoico, hasta el pasado más reciente. Cada agrupación de edades corresponde a un episodio de subducción antiguo distinto, preservado en el registro de los diamantes.

Eclogita: granate piropo (rojo) en una matriz azul compuesta principalmente de glaucofana. Las rocas eclogíticas, comúnmente vinculadas a corteza oceánica subducida, son una de las dos principales asociaciones de rocas encajantes de los diamantes litosféricos. Foto: Minerallo, CC BY-SA 4.0 vía Wikimedia Commons.

¿Qué edad tienen los diamantes?

Los geólogos datan los diamantes analizando sus inclusiones minerales, usando los sistemas de desintegración radiactiva como relojes ultralentos. Las inclusiones de sulfuros permiten la datación por renio-osmio. Las inclusiones de silicatos permiten la datación por samario-neodimio. Cuando se dispone de inclusiones adecuadas con U o Pb, los sistemas U–Pb o de isótopos de Pb también pueden ser útiles. Datar diamantes es difícil porque el propio diamante normalmente no puede datarse de forma directa, pero la geocronología de inclusiones ha revelado la estructura general de edades de la formación de diamantes.

Tras décadas de datación de inclusiones, el panorama general está claro: muchos diamantes naturales son antiquísimos, por lo común de entre unos 1.000 y 3.500 millones de años⁶. Los diamantes de tipo P se agrupan entre 2,5 y 3,3 Ga. Los de tipo E tienden a ser más jóvenes, en su mayoría de 1–2 Ga, pero se remontan hasta ~2,9 Ga.

Para ponerlo en contexto, un diamante gema típico es más antiguo que:

• La vida compleja en la Tierra. Primeros animales pluricelulares: ~600 Ma.
• Las plantas terrestres. Primeras plantas terrestres verdaderas: ~470 Ma.
• El carbón. Primeras capas importantes de carbón: ~360 Ma.
• Los dinosaurios. Primeros dinosaurios: ~230 Ma.
• Pangea. El último supercontinente: 330–175 Ma.
• La primera gran acumulación de oxígeno de la Tierra. La mayoría de los diamantes de tipo P son anteriores a la Gran Oxidación (~2,4 Ga), aunque muchos diamantes de tipo E son más jóvenes.

Muchas kimberlitas diamantíferas famosas tienen de decenas a cientos de millones de años y, por tanto, son mucho más jóvenes que los diamantes que transportan. Algunos magmas portadores son más antiguos, incluidas lamproítas proterozoicas como la de Argyle.⁷ El diamante es casi siempre muchísimo más antiguo que el magma que lo trajo. Un diamante típico ha pasado más del 90 % de su existencia inmóvil en el manto frío, sin hacer nada, antes de ser extraído violentamente durante una erupción breve e inusualmente rápida.

Cómo llegan los diamantes a la superficie: la erupción kimberlítica

Si los diamantes se forman a 150 km de profundidad, ¿cómo llegan a la superficie? Mediante una clase de erupción volcánica tan peculiar que nadie ha observado nunca una. Las erupciones kimberlíticas más jóvenes que se conocen son las de las colinas de Igwisi, en Tanzania, datadas mediante ³He cosmogénico en olivino en unos 10.000–12.000 años.

Las kimberlitas no son volcanes normales

Una kimberlita es un magma ultramáfico de origen profundo y rico en CO₂: muy pobre en sílice, muy rico en magnesio. Se origina por debajo de la litosfera y puede fracturar hacia arriba más de 150 km de roca suprayacente. Las kimberlitas diamantíferas normalmente no forman amplios campos de lava ni conos volcánicos altos. Forman chimeneas estrechas en forma de zanahoria llamadas diatremas: cuerpos de paredes empinadas rellenos de roca volcánica fragmentada, restos del manto y, a veces, diamantes.

Una chimenea kimberlítica esquemática: la diatrema en forma de zanahoria que lleva xenolitos del manto con diamantes desde 150 km de profundidad hasta la superficie en una erupción violenta y cargada de gas. Diagrama: Asbestos / CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons.

El peligroso viaje hacia arriba

El viaje de subida tiene que ser rápido. En cuanto un diamante baja de ~4 GPa, en algún punto del manto superior durante el ascenso, el grafito pasa a ser el polimorfo estable. Si el diamante permanece demasiado tiempo a presiones más bajas y temperaturas altas, su superficie empieza a convertirse en grafito.

Las estimaciones publicadas de la velocidad de ascenso varían según qué parte del viaje se mida. Los experimentos y modelos sobre la preservación del diamante sugieren que pueden hacer falta velocidades de ascenso de varios metros por segundo para evitar una grafitización significativa. Los estudios de difusión en minerales transportados hacia arriba por las kimberlitas —pérdida de argón en la flogopita, pérdida de hidrógeno en el olivino— implican un transporte desde la fuente hasta la superficie de horas a días, con una aceleración durante las etapas finales del ascenso, ricas en volátiles.⁸

Las velocidades exactas se discuten, pero la idea general no: las kimberlitas son extremadamente rápidas para magmas que parten de tanta profundidad. Las kimberlitas están entre los sistemas magmáticos profundos más rápidos que conocemos.

Cómo se acelera el magma

Un artículo de 2012 de Russell y colaboradores ofreció una explicación limpia. Los fundidos parentales de las kimberlitas son ricos en CO₂. A medida que ascienden, asimilan ortopiroxeno de las rocas de caja del manto, lo que eleva el contenido de sílice del fundido y hace que se desplome la solubilidad del CO₂. El CO₂ disuelto sale de la solución como gas libre; la densidad global del magma se hunde; la mezcla, ahora flotante, se acelera hacia arriba. Russell y colaboradores describieron el mecanismo como «flotabilidad alimentada por asimilación».⁹ Cuanto más se acerca el magma a la superficie, con más violencia se exsuelve el gas, y la erupción termina en una explosión que excava la diatrema.

Un pequeño diamante octaédrico encerrado en kimberlita serpentinizada. La kimberlita es el vehículo de los diamantes, no normalmente la roca en la que crecieron. Foto: Géry Parent / CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons.

¿Qué hay dentro de un diamante? Diminutas ventanas al manto profundo de la Tierra

Las inclusiones de los diamantes son muestras diminutas procedentes de profundidades de entre unos 150 y 750 km: lugares a los que ninguna perforación llegará jamás. Para la geología de la Tierra profunda, están entre los especímenes minerales más valiosos que tenemos.

Agua en la zona de transición

En 2014, un equipo dirigido por Graham Pearson describió un diamante marrón, pequeño y nada llamativo, de Juína (Brasil), que contenía un único grano de ringwoodita: un polimorfo de alta presión del olivino que solo es estable entre 520 y 660 km de profundidad¹⁰. La ringwoodita contenía agua, ligada químicamente a la estructura cristalina. El grupo de Pearson informó de aproximadamente un 1 % en peso de H₂O. Una recalibración de Thomas et al., usando coeficientes de absorción infrarroja actualizados sobre la misma muestra, afinó el valor a 1,43 ± 0,27 % en peso¹¹.

Ese único grano atrapado demostró que la zona de transición del manto, entre 410 y 660 km de profundidad, puede contener agua localmente. Cuánta agua alberga la zona de transición a escala global sigue siendo objeto de debate. Los indicadores geofísicos (conductividad eléctrica, velocidad sísmica) sugieren que el conjunto de la zona de transición contiene un 0,1–1 % en peso de H₂O. Si su promedio fuera el valor de la muestra de Pearson, la zona de transición contendría por sí sola un volumen de agua equivalente a entre uno y varios océanos superficiales. Es una implicación real, no un hecho establecido.

Un cristal de 150 µm de ringwoodita azul sintética. Una inclusión natural de esta misma fase, hallada en un diamante superprofundo brasileño en 2014, proporcionó una de las primeras muestras minerales directas de la zona de transición de la Tierra. Foto: Jasperox / CC BY 3.0 vía Wikimedia Commons.

Cubo-hielo (antes hielo VII)

En 2018, Tschauner y colaboradores identificaron inclusiones de hielo VII, una forma de alta presión del agua cristalina que solo es estable por encima de ~2,4 GPa, dentro de diamantes superprofundos¹². Hielo VII dentro de un diamante significa que había agua líquida a profundidades de al menos 410 km cuando el diamante se formó, que quedó sellada en su interior y que se congeló en su estructura de alta presión durante el ascenso del diamante.

La IMA aprobó la fase como mineral en 2017, originalmente como hielo VII; con la nomenclatura actualizada de polimorfos, ahora se llama cubo-hielo. El nombre ha cambiado, pero la implicación no: estas inclusiones muestran que puede existir fluido acuoso localmente a grandes profundidades del manto¹³.

Davemaoita

En 2021, el grupo de Tschauner identificó davemaoita, perovskita de silicato de calcio, bautizada en honor al físico de altas presiones Ho-kwang «Dave» Mao, dentro de un diamante¹⁴. Se predice que la CaSiO₃-perovskita es una fase principal del manto inferior (por debajo de 660 km) y que incorpora preferentemente elementos productores de calor como el uranio, el torio y el potasio. La interpretación original fue que la inclusión representaba la primera muestra natural de un mineral del manto inferior.

La interpretación está en disputa. Walter et al. (2022, Science) argumentaron que los datos son igualmente compatibles con un origen litosférico subcratónico y que la composición de la inclusión no exige de forma inequívoca una estequiometría del manto inferior¹⁵. El grupo de Tschauner respondió ese mismo año. La aprobación y el nombre de la IMA se mantienen. La atribución de profundidad sigue siendo una cuestión abierta.

Diamantes CLIPPIR: algunas de las gemas más grandes crecieron a partir de líquido metálico

Los diamantes gema más grandes del mundo pertenecen a una clase peculiar. CLIPPIR, término introducido por Smith et al. en 2016, son las siglas en inglés de Cullinan-like, Large, Inclusion-Poor, Pure, Irregular, Resorbed (similares al Cullinan, grandes, pobres en inclusiones, puros, irregulares, reabsorbidos): una familia de diamantes inusualmente grandes, puros y de origen profundo.

Los diamantes CLIPPIR son gigantescos, excepcionalmente puros y proceden de mucha más profundidad que los diamantes ordinarios: de entre 360 y 750 km, bien adentro del manto sublitosférico¹⁶. Las pocas inclusiones que contienen no son minerales silicatados, sino diminutas bolsas de metal de hierro-níquel solidificado, a veces con carburos de hierro, a menudo rodeadas de finas películas de metano e hidrógeno.

Esas bolsas de metal son el verdadero medio de crecimiento. Los diamantes CLIPPIR precipitaron directamente a partir de metal Fe-Ni fundido en el manto profundo¹⁷. Eso requiere condiciones muy reductoras, como las que se esperan en partes del manto profundo donde el hierro metálico puede ser estable.

Un estudio de seguimiento de 2021 rastreó el hierro hasta la superficie. Smith y colaboradores midieron los isótopos de hierro en inclusiones metálicas de diamantes CLIPPIR y hallaron valores de δ⁵⁶Fe de +0,79 a +0,90 ‰, valores que quedan fuera del rango de cualquier composición conocida del manto y que coinciden con la magnetita formada cuando la peridotita del fondo oceánico reacciona con el agua de mar¹⁸. Algunos de los diamantes gema más grandes de la Tierra, en otras palabras, pueden deber su existencia a material rico en hierro que un día fue fondo marino y que la subducción arrastró cientos de kilómetros hacia abajo.

Argyle: la mina que rompe las reglas habituales

Casi todo lo que acabas de leer describe el modelo estándar. La mina de Argyle, en el noroeste de Australia, la mayor fuente de diamantes rosas del mundo antes de su cierre en 2020, rompe buena parte de él¹⁹.

Argyle es rara en casi todos los sentidos. No está alojada en kimberlita, sino en lamproíta olivínica. Se sitúa cerca del margen del cratón de Kimberley y no en el interior profundo de un cratón arcaico. Sus diamantes son en su mayoría eclogíticos, y sus famosos colores rosa y rojo proceden de la deformación de la red cristalina y no de una simple impureza química.

El estudio de Olierook sostuvo que Argyle debe su existencia a la extensión a lo largo de una antigua zona de colisión continental durante el rifting de un supercontinente²⁰. Los esfuerzos a lo largo de esa cicatriz, cerrada desde hacía mucho tiempo, abrieron vías de escape para magmas profundos poco comunes. La implicación para la exploración es importante: puede haber otras «Argyle» escondidas a lo largo de antiguas zonas de colisión que más tarde sufrieron extensión, lejos de los cratones arcaicos que han dominado como objetivo la exploración de diamantes durante un siglo.

¿Los diamantes de laboratorio son diamantes de verdad?

Sí. Un diamante cultivado en laboratorio tiene la misma estructura cristalina, la misma dureza, el mismo índice de refracción y la misma conductividad térmica que uno natural. Química y estructuralmente, son el mismo mineral.

Lo que difiere es cómo se fabrica el diamante y qué huellas deja ese proceso.

HPHT (alta presión, alta temperatura)

El método HPHT reproduce las condiciones del manto en una prensa. El carbono se disuelve en un fundente metálico fundido —normalmente hierro, níquel y cobalto— a 5–7 GPa y 1.300–1.600 °C, y recristaliza sobre una semilla de diamante. Los diamantes HPHT suelen contener fundente metálico atrapado en forma de inclusiones, muestran con frecuencia un hábito cuboctaédrico y a veces presentan defectos puntuales de nitrógeno raros en la naturaleza. Tiempo de crecimiento: de horas a semanas, según el tamaño, la calidad y las condiciones del proceso.

CVD (deposición química de vapor)

La CVD es la técnica más reciente. Un plasma de microondas disocia metano e hidrógeno en una cámara de baja presión, y los átomos de carbono se depositan capa a capa sobre un sustrato semilla de diamante. Los diamantes CVD tienden a ser muy puros, a menudo de tipo IIa, sin nitrógeno y sin inclusiones metálicas, pero muestran patrones de deformación característicos del crecimiento en capas. Velocidad de crecimiento: unas pocas micras por hora.

Cómo los distinguen los laboratorios

Distinguir los naturales de los sintéticos es hoy rutina para los laboratorios gemológicos acreditados²¹. Muchos diamantes naturales llevan inclusiones derivadas del manto, como granate, olivino, sulfuros o piroxeno; los diamantes de laboratorio, en cambio, muestran rasgos de crecimiento, patrones de impurezas, comportamiento de fluorescencia e inclusiones característicos de la síntesis HPHT o CVD. Los naturales muestran también patrones de agregación del nitrógeno que tardan de cientos de millones a miles de millones de años en desarrollarse a las temperaturas del manto; los sintéticos no han existido el tiempo suficiente. La fluorescencia UV, la espectroscopia de fotoluminiscencia y la absorción infrarroja aportan la confirmación final.

La lección geológica escondida en los diamantes de laboratorio es que el cristal de diamante en sí no tiene nada de especial. Podemos producirlo industrialmente y con rapidez. Lo raro es el proceso natural. El manto hace la misma química, pero a lo largo de cientos de kilómetros y miles de millones de años.

Cómo encuentran los geólogos los yacimientos de diamantes

Los diamantes suelen ser demasiado escasos para buscarlos directamente al inicio de la exploración. Incluso los yacimientos de diamantes productivos contienen normalmente cantidades minúsculas de diamante, a menudo del orden de menos de un quilate a unos pocos quilates por tonelada, es decir, gramos o menos de diamante en mil kilogramos de roca. Por eso la exploración se apoya en señales indirectas.

Minerales indicadores de kimberlita

Los diamantes suben acompañados de otros minerales del manto de alta presión que son mucho más abundantes y más resistentes en condiciones superficiales. La asociación clásica de indicadores incluye:

• Granate piropo rico en cromo: en particular la variedad subcálcica G10, asociada a roca del manto de calidad diamantífera.
• Diópsido crómico: un piroxeno de color verde brillante.
• Ilmenita rica en magnesio (picroilmenita).
• Cromita.

Cada uno puede llevar una huella química que remite a un manto fértil en diamantes. Se batean los sedimentos de los arroyos y el till glaciar, se examinan los granos de minerales pesados al microscopio y los granos sospechosos se analizan con microsonda electrónica. Si su química cae dentro del campo de los indicadores de diamante, hay una kimberlita en algún lugar aguas arriba o glaciar arriba.

Geofísica

Una vez acotada una zona, los levantamientos aeromagnéticos y gravimétricos pueden resolver las pequeñas anomalías, aproximadamente circulares, que suelen producir las chimeneas kimberlíticas. Combinadas con el rastro de minerales indicadores, se convierten en objetivos de perforación. Los descubrimientos de Ekati y Diavik en los Territorios del Noroeste de Canadá en los años noventa son ejemplos de manual de este flujo de trabajo a escala continental.

Por qué la receta casi nunca funciona (y los diamantes son raros)

El carbono es uno de los elementos más abundantes del sistema Tierra. Billones de toneladas circulan por la atmósfera, los océanos, la biosfera y la corteza. Entonces, ¿por qué son raros los diamantes?

Porque cada eslabón de la cadena que los produce es improbable, y la cadena es larga. El carbono tiene que estar en el manto a una profundidad donde la presión supere los 4 GPa, en una región lo bastante fría para mantenerse por debajo del límite diamante/grafito, en contacto con un fluido o fundido capaz de disolverlo y reprecipitarlo, bajo un cratón que haya permanecido intacto durante miles de millones de años. Luego tiene que ser transportado a la superficie por una erupción kimberlítica o lamproítica lo bastante rápida para evitar la grafitización. Se conocen varios miles de ocurrencias de kimberlita en todo el mundo, pero solo una pequeña minoría son yacimientos de diamantes económicos. Una chimenea puede muestrear la profundidad equivocada del manto, ascender demasiado despacio, perder diamantes por reabsorción o, sencillamente, no arrastrar muchos diamantes desde el principio. De las que sí lo hicieron, la mayoría no son rentables.

Por eso la exploración de diamantes es extraña: en la chimenea adecuada, los diamantes son una materia prima explotable. A unos pocos kilómetros, es como si no existieran.

Qué nos dicen los diamantes sobre el interior profundo de la Tierra

Las inclusiones de los diamantes son muestras directas, in situ, del interior de la Tierra a profundidades que nunca perforaremos. Destacan tres hallazgos.

La ringwoodita de Juína (Pearson et al., 2014) puso una cifra al agua de la zona de transición del manto. El estado de hidratación global sigue en disputa, pero la existencia de agua significativa a 410–660 km de profundidad ya no se pone en duda.

Las inclusiones de hierro-níquel-azufre de los diamantes CLIPPIR (Smith et al., 2016, 2021) mostraron que el material subducido del fondo oceánico alcanza al menos 660 km de profundidad y allí siembra el crecimiento de diamantes. La firma isotópica pesada del hierro de esas inclusiones es la mejor evidencia mineralógica que tenemos de que la geoquímica de la superficie se recicla hasta el manto más profundo accesible al muestreo.

La davemaoita (Tschauner et al., 2021), si su origen en el manto inferior resiste la crítica de Walter, sería la primera muestra natural de una fase principal del manto inferior y una ventana a dónde residen realmente los elementos productores de calor.

Cada uno de estos descubrimientos salió de un grano mineral atrapado, más pequeño que un grano de arena, a menudo dentro de un diamante al que ningún joyero habría mirado dos veces. Los diamantes no son románticos. Son mensajeros.

Preguntas frecuentes

¿Los diamantes se forman a partir del carbón?

No. La mayoría de los diamantes gema se forman a unos 140–200 km bajo la superficie, en el manto, mientras que el carbón se forma a unos pocos kilómetros bajo la superficie, en la corteza. Algunos diamantes contienen carbono reciclado de la superficie, pero ese carbono llegó al manto a través de sedimentos subducidos o de corteza oceánica alterada, no como un trozo de carbón comprimido hasta convertirse en diamante.

¿Cuánto tarda en formarse un diamante?

La cristalización probablemente tarda de miles a millones de años una vez que se dan las condiciones adecuadas. Pero los diamantes que extraemos empezaron a formarse hace entre 1.000 y 3.500 millones de años. Su gran edad tiene menos que ver con el tiempo de crecimiento que con el tiempo que pasaron esperando en el manto antes de que una erupción kimberlítica los llevara a la superficie.

¿Son los diamantes más antiguos que los dinosaurios?

Por aproximadamente un orden de magnitud. La mayoría de los diamantes naturales tienen entre 1.000 y 3.500 millones de años. Los dinosaurios aparecieron hace unos 230 millones de años. Un diamante gema típico es anterior no solo a los dinosaurios, sino a la mayor parte de la vida pluricelular en su conjunto.

¿Cuál es la diferencia entre los diamantes naturales y los de laboratorio?

En identidad mineral, ninguna: ambos son diamante, carbono cristalino puro. Las diferencias están en cómo se forman. Los diamantes naturales crecieron en el manto a lo largo de escalas de tiempo geológicas y contienen inclusiones minerales de ese entorno. Los diamantes de laboratorio se sintetizan en días o semanas y tienen patrones de impurezas distintos. Los laboratorios especializados los distinguen mediante el análisis de inclusiones, la fluorescencia y la espectroscopia.

¿Puede un diamante volver a convertirse en grafito?

En principio, sí. El grafito es la forma más estable del carbono en la superficie de la Tierra, así que el diamante es metaestable. En la práctica, la conversión a temperatura ambiente tardaría más que la edad del universo. Los diamantes solo se vuelven inestables a escalas de tiempo humanas cuando se calientan a varios cientos de grados en presencia de oxígeno, y en ese punto arden en lugar de convertirse.

¿Cuál es el diamante más grande jamás encontrado?

El Cullinan, recuperado en Sudáfrica en 1905, pesaba 3.106,75 quilates (621 g) antes de la talla. Acabó tallado en 105 piedras individuales, varias de las cuales forman parte de las Joyas de la Corona británica. Desde entonces, la mina de Karowe, en Botsuana, ha producido una nueva generación de diamantes en bruto gigantes: el Lesedi La Rona de 1.109 quilates en 2015, el Sewelô de 1.758 quilates en 2019 y el Motswedi en 2024. El Motswedi se anunció originalmente con 2.492 quilates y el GIA lo midió después en 2.488,32 quilates, lo que lo convierte en el segundo diamante más grande jamás recuperado.

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Lecturas recomendadas

Las revisiones recientes más útiles y los artículos originales que sustentan la ciencia de este artículo:

• Eaton-Magaña, S. et al. (2024). Laboratory-Grown Diamonds: An Update on Identification. Gems & Gemology, GIA.
  Shigley, J. E. (2016). HPHT and CVD Diamond Growth Processes. GIA.
• Stachel, T. & Harris, J. W. (2009). Formation of diamond in the Earth’s mantle. J. Phys.: Condens. Matter 21, 364206. — La revisión técnica moderna más citada sobre la formación de diamantes en el manto. Empieza por aquí.
• Shirey, S. B. & Shigley, J. E. (2013). Recent advances in understanding the geology of diamonds. Gems & Gemology 49(4), 188–222. — Referencia autorizada sobre las edades y los orígenes de los diamantes; disponible gratuitamente en el GIA.
• Stachel, T., Aulbach, S. & Harris, J. W. (2022). Mineral inclusions in lithospheric diamonds. Reviews in Mineralogy & Geochemistry 88, 307–391. — El estado del arte actual.
• Pearson, D. G. et al. (2014). Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond. Nature 507, 221–224. — Descubrimiento de agua en la zona de transición.
• Thomas, S.-M. et al. (2015). Quantification of water in hydrous ringwoodite. Frontiers in Earth Science 2:38.
• Tschauner, O. et al. (2018). Ice-VII inclusions in diamonds. Science 359, 1136–1139. — Primera evidencia directa de fluido acuoso libre por debajo de 410 km.
• Tschauner, O. et al. (2021). Discovery of davemaoite, CaSiO₃-perovskite, as a mineral from the lower mantle. Science 374, 891–894. — Y Walter et al. (2022, Science 376, eabo0882) para la disputa sobre la atribución de profundidad.
• Smith, E. M. et al. (2016). Large gem diamonds from metallic liquid in Earth’s deep mantle. Science 354, 1403–1405. — El artículo de los CLIPPIR.
• Smith, E. M. et al. (2021). Heavy iron in large gem diamonds traces deep subduction of serpentinized ocean floor. Science Advances 7, eabe9773.
• Russell, J. K. et al. (2012). Kimberlite ascent by assimilation-fuelled buoyancy. Nature 481, 352–356.
• Olierook, H. K. H. et al. (2023). Emplacement of the Argyle diamond deposit into an ancient rift zone triggered by supercontinent breakup. Nature Communications 14, 5274.

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1. Smit, K. V. (2018). “How Do Diamonds Form in the Deep Earth?” Gems & Gemology, GIA. Véase también Shirey, S. B. & Shigley, J. E. (2013). “Recent Advances in Understanding the Geology of Diamonds.” Gems & Gemology, 49(4), 188–222. ↩︎
2. Stachel, T. & Harris, J. W. (2009). “Formation of diamond in the Earth’s mantle.” Journal of Physics: Condensed Matter, 21, 364206. Véase también Shirey, S. B. & Shigley, J. E. (2013), Gems & Gemology, 49(4), 188–222. ↩︎
3. Shirey, S. B. & Shigley, J. E. (2013). “Recent Advances in Understanding the Geology of Diamonds.” Gems & Gemology, 49(4), 188–222. ↩︎
4. Stachel, T. & Harris, J. W. (2009). “Formation of diamond in the Earth’s mantle.” Journal of Physics: Condensed Matter, 21, 364206. ↩︎
5. Shirey, S. B. & Shigley, J. E. (2013). “Recent Advances in Understanding the Geology of Diamonds.” Gems & Gemology, 49(4), 188–222. ↩︎
6. Stachel, T. & Harris, J. W. (2009). “Formation of diamond in the Earth’s mantle.” Journal of Physics: Condensed Matter, 21, 364206. Véase también Stachel, T., Aulbach, S. & Harris, J. W. (2022). “Mineral inclusions in lithospheric diamonds.” Reviews in Mineralogy & Geochemistry, 88, 307–391. ↩︎
7. Shirey, S. B. & Shigley, J. E. (2013). “Recent Advances in Understanding the Geology of Diamonds.” Gems & Gemology, 49(4), 188–222. ↩︎
8. Shirey, S. B. & Shigley, J. E. (2013). “Recent Advances in Understanding the Geology of Diamonds.” Gems & Gemology, 49(4), 188–222. ↩︎
9. Kelley, S. P., and J. A. Wartho. «Rapid kimberlite ascent and the significance of Ar-Ar ages in xenolith phlogopites.» Science 289.5479 (2000): 609-611. ↩︎
10. Russell, J. K., Porritt, L. A., Lavallée, Y. & Dingwell, D. B. (2012). “Kimberlite ascent by assimilation-fuelled buoyancy.” Nature, 481, 352–356. ↩︎
11. Pearson, D. G. et al. (2014). “Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond.” Nature, 507, 221–224. ↩︎
12. Thomas, S.-M. et al. (2015). “Quantification of water in hydrous ringwoodite.” Frontiers in Earth Science, 2, 38. ↩︎
13. Tschauner, O. et al. (2018). “Ice-VII inclusions in diamonds: Evidence for aqueous fluid in Earth’s deep mantle.” Science, 359, 1136–1139. ↩︎
14. Hatert, F. et al. (2023). “CNMNC guidelines for the nomenclature of polymorphs and polysomes.” Mineralogical Magazine, 87, 225–232. ↩︎
15. Tschauner, O. et al. (2021). “Discovery of davemaoite, CaSiO₃-perovskite, as a mineral from the lower mantle.” Science, 374, 891–894. ↩︎
16. Walter, M. J. et al. (2022). “Comment on ‘Discovery of davemaoite, CaSiO₃-perovskite, as a mineral from the lower mantle.’” Science, 376, eabo0882. ↩︎
17. Smith, E. M. et al. (2016). “Large gem diamonds from metallic liquid in Earth’s deep mantle.” Science, 354, 1403–1405. ↩︎
18. Smith, E. M. et al. (2016). “Large gem diamonds from metallic liquid in Earth’s deep mantle.” Science, 354, 1403–1405. ↩︎
19. Smith, E. M. et al. (2021). “Heavy iron in large gem diamonds traces deep subduction of serpentinized ocean floor.” Science Advances, 7, eabe9773. ↩︎
20. Olierook, H. K. H. et al. (2023). “Emplacement of the Argyle diamond deposit into an ancient rift zone triggered by supercontinent breakup.” Nature Communications, 14, 5274. ↩︎
21. Olierook, H. K. H. et al. (2023). “Emplacement of the Argyle diamond deposit into an ancient rift zone triggered by supercontinent breakup.” Nature Communications, 14, 5274. ↩︎
22. Eaton-Magaña, S. et al. (2024). “Laboratory-Grown Diamonds: An Update on Identification.” Gems & Gemology, GIA. Véase también Shigley, J. E. (2016). “HPHT and CVD Diamond Growth Processes.” GIA. ↩︎