X-ray diffraction, Raman and infrared spectroscopic evidence for the inclusion of water-rich ringwoodite in diamond from Juína, Brazil, indicates that, at least locally, the Earth’s transition zone is hydrous to about 1 weight per cent. It is not clear just how much water resides within the solid Earth, and where it is to be found, with many indirect measurements yielding conflicting results. Here Graham Pearson and co-authors present evidence from a diamond inclusion from Juína, Brazil, for the first known terrestrial occurrence of ringwoodite — a high-pressure polymorph of olivine first identified in meteorites and thought to be a major constituent of the Earth's mantle transition zone. The water-rich nature of this inclusion provides direct evidence that, at least locally, the transition zone is hydrous, to about 1 weight per cent. The ultimate origin of water in the Earth’s hydrosphere is in the deep Earth—the mantle. Theory1 and experiments2,3,4 have shown that although the water storage capacity of olivine-dominated shallow mantle is limited, the Earth’s transition zone, at depths between 410 and 660 kilometres, could be a major repository for water, owing to the ability of the higher-pressure polymorphs of olivine—wadsleyite and ringwoodite—to host enough water to comprise up to around 2.5 per cent of their weight. A hydrous transition zone may have a key role in terrestrial magmatism and plate tectonics5,6,7, yet despite experimental demonstration of the water-bearing capacity of these phases, geophysical probes such as electrical conductivity have provided conflicting results8,9,10, and the issue of whether the transition zone contains abundant water remains highly controversial11. Here we report X-ray diffraction, Raman and infrared spectroscopic data that provide, to our knowledge, the first evidence for the terrestrial occurrence of any higher-pressure polymorph of olivine: we find ringwoodite included in a diamond from Juína, Brazil. The water-rich nature of this inclusion, indicated by infrared absorption, along with the preservation of the ringwoodite, is direct evidence that, at least locally, the transition zone is hydrous, to about 1 weight per cent. The finding also indicates that some kimberlites must have their primary sources in this deep mantle region.

Research Article| January 01, 2013 Diamonds and the Geology of Mantle Carbon Steven B. Shirey; Steven B. Shirey Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution of Washington, 5241 Broad Branch Road, NW, Washington, DC 20015, U.S.A., shirey@dtm.ciw.edu Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Pierre Cartigny; Pierre Cartigny Laboratoire de Géochimie des Isotopes Stables de l’Institut de Physique du Globe de Paris, UMR 7154, Université Paris Denis-Diderot, PRES Sorbonne Paris-Cité, Office n°511, 1 rue Jussieu,75005 Paris, France Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Daniel J. Frost; Daniel J. Frost Bayerisches Geoinstitut, Universität Bayreuth, D-95440 Bayreuth, Germany Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Shantanu Keshav; Shantanu Keshav Geosciences Montpellier, University of Montpellier 2, CNRS & UMR 5243, Montpellier, France Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Fabrizio Nestola; Fabrizio Nestola Department of Geosciences, University of Padua, Via Gradenigo 6, 1-35131 Padova, Italy Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Paolo Nimis; Paolo Nimis Department of Geosciences, University of Padua, Via Gradenigo 6, 1-35131 Padova, Italy Search for other works by this author on: GSW Google Scholar D. Graham Pearson; D. Graham Pearson Department of Earth and Atmospheric Sciences, University of Alberta, 1-26 Earth Sciences Building, Edmonton, Alberta, Canada T6G 2E3 Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Nikolai V. Sobolev; Nikolai V. Sobolev V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630090 Novosibirsk 90, Russia Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Michael J. Walter Michael J. Walter School of Earth Sciences, University of Bristol, Bristol BS8 1RJ, United Kingdom Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Author and Article Information Steven B. Shirey Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution of Washington, 5241 Broad Branch Road, NW, Washington, DC 20015, U.S.A., shirey@dtm.ciw.edu Pierre Cartigny Laboratoire de Géochimie des Isotopes Stables de l’Institut de Physique du Globe de Paris, UMR 7154, Université Paris Denis-Diderot, PRES Sorbonne Paris-Cité, Office n°511, 1 rue Jussieu,75005 Paris, France Daniel J. Frost Bayerisches Geoinstitut, Universität Bayreuth, D-95440 Bayreuth, Germany Shantanu Keshav Geosciences Montpellier, University of Montpellier 2, CNRS & UMR 5243, Montpellier, France Fabrizio Nestola Department of Geosciences, University of Padua, Via Gradenigo 6, 1-35131 Padova, Italy Paolo Nimis Department of Geosciences, University of Padua, Via Gradenigo 6, 1-35131 Padova, Italy D. Graham Pearson Department of Earth and Atmospheric Sciences, University of Alberta, 1-26 Earth Sciences Building, Edmonton, Alberta, Canada T6G 2E3 Nikolai V. Sobolev V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630090 Novosibirsk 90, Russia Michael J. Walter School of Earth Sciences, University of Bristol, Bristol BS8 1RJ, United Kingdom Publisher: Mineralogical Society of America First Online: 09 Mar 2017 © 2013 Mineralogical Society of America Reviews in Mineralogy and Geochemistry (2013) 75 (1): 355–421. https://doi.org/10.2138/rmg.2013.75.12 Article history First Online: 09 Mar 2017 Cite View This Citation Add to Citation Manager Share Icon Share Facebook Twitter LinkedIn Email Permissions Search Site Citation Steven B. Shirey, Pierre Cartigny, Daniel J. Frost, Shantanu Keshav, Fabrizio Nestola, Paolo Nimis, D. Graham Pearson, Nikolai V. Sobolev, Michael J. Walter; Diamonds and the Geology of Mantle Carbon. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 2013;; 75 (1): 355–421. doi: https://doi.org/10.2138/rmg.2013.75.12 Download citation file: Ris (Zotero) Refmanager EasyBib Bookends Mendeley Papers EndNote RefWorks BibTex toolbar search Search Dropdown Menu toolbar search search input Search input auto suggest filter your search All ContentBy SocietyReviews in Mineralogy and Geochemistry Search Advanced Search Earth’s carbon, derived from planetesimals in the 1 AU region during accretion of the Solar System, still retains similarities to carbon found in meteorites (Marty et al. 2013) even after 4.57 billion years of geological processing. The range in isotopic composition of carbon on Earth versus meteorites is nearly identical and, for both, diamond is a common, if volumetrically minor, carbon mineral (Haggerty 1999). Diamond is one of the three native carbon minerals on Earth (the other two being graphite and lonsdaleite). It can crystallize throughout the mantle below about 150 km and can occur metastably... You do not have access to this content, please speak to your institutional administrator if you feel you should have access.

EosFit7-GUI is a full graphical user interface designed to simplify the analysis of thermal expansion and equations of state (EoSs). The software allows users to easily perform least-squares fitting of EoS parameters to diffraction data collected as a function of varying pressure, temperature or both. It has been especially designed to allow rapid graphical evaluation of both parametric data and the EoS fitted to the data, making it useful both for data analysis and for teaching.

The redox state of Earth's convecting mantle, masked by the lithospheric plates and basaltic magmatism of plate tectonics, is a key unknown in the evolutionary history of our planet. Here we report that large, exceptional gem diamonds like the Cullinan, Constellation, and Koh-i-Noor carry direct evidence of crystallization from a redox-sensitive metallic liquid phase in the deep mantle. These sublithospheric diamonds contain inclusions of solidified iron-nickel-carbon-sulfur melt, accompanied by a thin fluid layer of methane ± hydrogen, and sometimes majoritic garnet or former calcium silicate perovskite. The metal-dominated mineral assemblages and reduced volatiles in large gem diamonds indicate formation under metal-saturated conditions. We verify previous predictions that Earth has highly reducing deep mantle regions capable of precipitating a metallic iron phase that contains dissolved carbon and hydrogen.

Abstract Subduction related to the ancient supercontinent cycle is poorly constrained by mantle samples. Sublithospheric diamond crystallization records the release of melts from subducting oceanic lithosphere at 300–700 km depths 1,2 and is especially suited to tracking the timing and effects of deep mantle processes on supercontinents. Here we show that four isotope systems (Rb–Sr, Sm–Nd, U–Pb and Re–Os) applied to Fe-sulfide and CaSiO 3 inclusions within 13 sublithospheric diamonds from Juína (Brazil) and Kankan (Guinea) give broadly overlapping crystallization ages from around 450 to 650 million years ago. The intracratonic location of the diamond deposits on Gondwana and the ages, initial isotopic ratios, and trace element content of the inclusions indicate formation from a peri-Gondwanan subduction system. Preservation of these Neoproterozoic–Palaeozoic sublithospheric diamonds beneath Gondwana until its Cretaceous breakup, coupled with majorite geobarometry 3,4 , suggests that they accreted to and were retained in the lithospheric keel for more than 300 Myr during supercontinent migration. We propose that this process of lithosphere growth—with diamonds attached to the supercontinent keel by the diapiric uprise of depleted buoyant material and pieces of slab crust—could have enhanced supercontinent stability.

Extraterrestrial carbon gives insights into the origin of life and processes that took place billions of years ago in our solar system. Here, the authors provide an overview of what is known and of unanswered questions with a meteoritical focus.