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十二月 2021

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钻石的来源

在时间的缝隙里,钻石如同颗颗星辰;它们虽然光芒微小,却化身地球历史记录者,让人类窥探到古老宇宙的神秘过去…

很久很久以前,在地球的深处,因高压自然形成了钻石。它们就像是来自地幔的信使,通过火山管道来到了地表。其中的一些颇为特别的“小家伙”们 — “超深”钻石(super-deep diamond),在巴西的Juina地区被矿工发现。没想到的是,记录在它们”胎记”里的是原始地球的历史。

通过研究它们的包裹体(瑕疵),科学家发现,这些钻石几乎不受”干扰”地存活了45亿年,甚至比月球或地球表面上的任何物质都更古老。台湾科技新报称他们为”史前钻石”。

钻石的来源

“大多数钻石形成于距离地表150至200公里之间的地幔内,一个被称为克拉通岩石圈的区域;但是Juina地区的钻石却与众不同,这个区域超过99%的钻石是在410至660公里的地幔深度之间所形成。”曾在澳大利亚国立大学进行过研究的荷兰地球化学家苏兹特·蒂默曼(Suzette Timmerman)说:“钻石是目前已知的最刚硬、最坚不可摧的天然物质,因此它们成为了我们探究地球深处的重要窗口。”

钻石的来源
▲来自巴西Juina地区的&quot;超深&quot;钻石(图片来源于COSMOS)

蒂默曼在《科学》杂志上发表了她的研究,研究重点是23颗”超深”钻石内部微小气泡中所捕获到的氦。据中国科学报所指,氦同位素是了解地球结构强有力的化学工具,因为它们的组成在不同储层中是非常不同的。氦-3比例相对较多的物质可以确定形成于原始地球时期,且已与地表隔绝了很长一段时间(否则早已逸散)。蒂默曼研究了这些超深钻石中的氦同位素比值,结果证实了这些氦元素的来源区域,与地球最初形成时的原始物质来源区域非常接近,这个该区域的地幔岩石从未与其它地幔或从地壳降下的物质混合过,即这个区域被”隔离”了数十亿年。

钻石的来源

这些超深钻石携带了过去数十亿年来都没太大变化的元素通过熔岩上升到地壳。《纽约时报》一篇文章说钻石们捕获了生长环境的特征,完美保存着特定时间和地点的古老元素。这一发现不仅增加了钻石的吸引力:它们是永恒的,完全由地球历史所构成,它们更加是地球科学家探索地球历史的珍贵线索。

它们证实了地幔中存在古老储层 — 一个特殊的区域,包含着地球形成以来相对未受干扰的原始岩石层。加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的马修·杰克逊(Matthew Jackson)教授称:“这是一个有趣的重要发现,已经有很多工作致力于确定深层原始储层的位置,这个发现是了解这些储层的重要一步,并为进一步的研究指明了方向。”钻石确实是地球历史的洞察,不光是巴西Juina地区的钻石,来自地幔深处的蓝钻,也蕴含着有关地球原始面貌及运作方式的宝贵线索

钻石的来源
▲(图片来源于COSMOS)

大家可能都知道蓝钻在有史以来开采的所有钻石中所占比例不到0.02%,地质学家已经确定,蓝钻在地球所形成的深度是其他钻石的四倍。由美国宝石学院的埃文·史密斯(Evan Smith)所领导的研究小组对两年间所收集的46颗IIb型蓝色钻石进行了拉曼光谱分析,他们在《自然》杂志上发表的文章中提到,这些钻石形成于地表下750公里深,在上地幔和下地幔之间的过渡带中。

钻石的来源
▲HOPE蓝钻(图片来源于网络)

研究人员写道,如此的深度及钻石蓝色色调的来源其实揭示了地壳物质从地表到深处再到表面的循环。赋予蓝钻标志性蓝色色调的微观微粒是一种叫硼的元素。令人惊讶的是,硼在地球和太阳系中相对稀少,并且多只存在于行星的表面区域。那么问题来了,它是如何出现在地幔深处所形成的钻石中呢?研究表明它最有可能的来源是海床,在海水和大洋板块岩石之间的地球化学反应下所结晶。

因板块运动,一块板块挤压到另一块的上方时,洋底区域便被向下推进地球的地幔,这一过程称为俯冲。然后,在极深地幔中强烈的压力和热量作用下,硼渗入钻石中,使它们变成蓝色。又在接下来的数百万年中,钻石随着地幔中的水流缓慢返回地表,融入了地壳中,最终被开采。

钻石的来源
▲(图片来源于网络)

是不是很不可思议?一颗闪耀、摩登的钻石,竟然是地球古老历史的见证者。虽然我们无法乘时光机回到过去,也暂时无法触达地球中心,但我们能通过钻石这个“时光胶囊 Time Capsule”,拾起与过往的联系,了解曾经发生过的、古老而又神秘的故事。


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