ダイヤモンドの内包物
ホストダイヤモンドにガーネットが内包されています。

ダイヤモンド包有物とは、マントルにおけるダイヤモンドの形成過程でダイヤモンド内部に取り込まれた非ダイヤモンド物質です。取り込まれた物質は、他の鉱物や水などの流体である場合があります。ダイヤモンドは強度が高く、包有物や、ダイヤモンドを地表まで運ぶ火山性の母岩との反応性が低いため、マントルから地表までの変化する環境下でも、ダイヤモンドは包有物を無傷のまま保存する容器としての役割を果たします。ダイヤモンド自体の形成圧力は下限値しか示せませんが、多くの包有物は、圧力、温度、さらには形成年代にまで新たな制約を与えます。

包含タイプ

ダイヤモンドの内包物の種類と材質（概要）
種類 主な材料
鉱物（固体）ケイ酸塩（例：ガーネット、ケイ酸塩ペロブスカイト）、酸化物、硫化物
流体流体（炭酸塩、ケイ酸塩、硫化物、ハロゲン化物、水酸基などを含む）、水、塩水
多相同じダイヤモンド内に鉱物包有物と共存する流体包有物

鉱物包有物

様々な包有物中のクロムとカルシウム含有量。ダイヤモンド中のエクロジャイト（ガーネット含有）包有物はCr 2 O 3含有量が少ないのに対し、ペリドタイト（レルゾライトおよびハルツバージャイト）ガーネット包有物はCaO含有量が少ない。エクロジャイトとペリドタイトはマントルを構成する主要な岩石であり、ウェールライトとウェブステライトはマイナーな種類である。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

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よって、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 2 つの主要な母岩であり、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 ]硫化物包有物については、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、カープヴァール・ジンバブエ・クラトンのクラトン地殻 では、深さ150kmにおける地震波速度が、ダイヤモンド包有物の性質（ペリドタイト質かエクロジャイト質か）と相関している。これは、リソスフェアのP波速度を用いて、南アフリカだけでなく他の地域でも、異なる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 ]

P波データから得られたリソスフェアマントルの断層画像。赤い四角はエクロジャイト包有物を、緑の四角はペリドタイト包有物を表す。[ 10 ] [ 9 ]

メイジャ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、深部マントル条件下での元の鉱物集合体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 ]

共生包有物における内包鉱物へのホストダイヤモンドの形態の影響を示す例。(a) ダイヤモンドに内包されたオリビンの面は、ダイヤモンドによく見られる八面体（o）と立方体（c）の形状に影響を受けています。(b) 複数のオリビン内包物が八面体ダイヤモンドの面と平行な面を持つダイヤモンド。[ 1 ] [ 12 ] [ 13 ]

鉱物の結晶化のタイミングに基づいて、ダイヤモンド包有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種類に分類できます。[ 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前に結晶化しました。ホストダイヤモンドは、結晶化の過程で既存の鉱物を包み込みました。そのため、プロトジェネティック包有物は、ダイヤモンドの形成前の状態に関する情報を提供します。これにより、同位体の異なる鉱物包有物が同世代のダイヤモンドから見つかる理由を説明できます。[ 15 ]シンジェネティック鉱物包有物では、閉じ込められた鉱物とダイヤモンドの結晶化が同時に起こります。[ 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環境記録と一致します。シンジェネティック包有物は、閉じ込められた鉱物にホストダイヤモンドの形態が影響してい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、これまでは研究室でしか合成できなかった鉱物の天然の形態の発見が可能になります。[ 17 ]例えば、天然のカルシウムシリケートペロブスカイト（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環境が必要であり、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 ]

鉱物包有物の分類（概要）
分類 種類 等。
包含物の位置-リソスフェア

- 岩石圏下

ホストダイヤモンドの母岩- P型（ペリドタイト）

- E型（エクロジャイト）

  • P/Eタイプを決定する共通の基準

Cr 2 O 3 / CaO含有量（ガーネット包有物）

オスミウム含有量（硫化物包有物）

安定同位体（窒素含有）

希土類元素含有量

P波における地震速度差

含まれる鉱物の結晶化のタイミング- 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

流体包有物

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（繊維状構造を持つダイヤモンドのロッドまたはブレード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、曇りダイヤモンド（流体が豊富な中心の繊維状ダイヤモンドが流体の乏し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 ]塩水とケイ酸塩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循環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として知られる高圧状態の水が発見されました。この発見は、遷移層に水を豊富に含む流体が存在することを示唆しています。[ 25 ]

多相介在物

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、多相包有物を含む繊維状、曇り状、または多結晶ダイヤモンドを形成する。[ 26 ]多相包有物には、流体（主に炭酸塩とケイ酸塩を含む）、高密度水性流体、塩水）と鉱物包有物が同一ダイヤモンド内に共存する。[ 27 ]

研究手法

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には、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）、透過型電子顕微鏡（TEM）、走査型電子顕微鏡（SEM）画像、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、歪複屈折分析、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 ]

参考文献

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