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加拿大科学家破解二型钻石形成之谜
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2016年12月21日
核心提示:天然钻石可分为一型钻石与二型钻石。两者主要区别是氮含量,二型钻石的纯度特别高,氮杂质极少,这种钻石只占天然钻石的2%。……

地球上一些最珍贵的钻石往往清澈透亮、极其罕见,并且通常都非常大。研究人员一直想搞清这些钻石是如何形成的,但通常很难实现,因为它们往往都待在人们的无名指上,而不是显微镜下。如今,对钻石内部的瑕疵进行的一项新的分析提供了首个直接证据,表明这些价值连城的石头是在地表下数百公里的液态金属中“修炼而成”的。这项发现将能帮助推进认识地球的深部环境。

加拿大科学家破解二型钻石形成之谜

并未参与该项研究的加拿大埃德蒙顿市阿尔伯塔大学地球化学家Graham Pearson表示,之前的研究曾暗示了这一场景,但它们是不确定的。他说,新的研究“走了很长的一段路,为这些钻石在哪里形成提供了一个解释”。

科学家此次研究的钻石属于所谓的二型钻石。此类钻石含氮量很低,因此非常清澈。科学家很少能够获得这样的钻石。然而纽约市美国宝石学院(GIA)地质学家Evan Smith和这项研究的其他作者却有一个得天独厚的优势——GIA每天都是处理数以千计的钻石,其中就包括一些大型的价值不菲的石头。

Smith和同事分析了53颗这样的钻石,特别是它们的内含物——包裹在钻石中的杂质。长期以来,许多这样的小斑点被认为是由少量石墨(与钻石一样,是碳的另一种形式)形成的,因此会被珠宝商切下并扔掉。但在这53颗钻石中,有38颗(约为72%)的内含物是由石墨包裹的富含金属的矿物质构成的,其中还含有铁和镍的合金。

这些内含物中的其他物质还包括氢和甲烷,这意味着这些内容物曾经是铁、镍、碳、硫和各种微量元素的熔融混合物。研究人员在12月15日出版的《科学》杂志上报告了这一研究成果。

而其他15颗钻石中的内容物则包含有石榴石等硅酸盐矿物质。这是一个信号,表明这些钻石是在地表下360公里至750公里的深度形成的,这是因为当压力高于地表下750公里时,石榴石是不稳定的。随后,这些钻石通过科学家至今尚未完全搞清的过程随着火山喷发被带到了地球表面。而这些火山喷发留下的管状沉积物——被称为金伯利岩——是大多数钻石的最终来源。

钻石的一个特点是在生长过程中会把一些周围物质包裹在内。由于钻石是纯碳物质,非常稳定,包裹在其中的物质几乎不太可能跟外界物质发生反应,因而保留了钻石形成时周围环境的特征。从包裹物主要成分为铁来看,大型钻石应该是在液态金属环境中形成的,这与小型钻石的形成环境完全不同。

研究人员据此认为,大型钻石在地球内部形成的深度要比绝大多数钻石深得多,它们的形成深度可能是在地下360公里到750公里,而其他天然钻石一般是在地下150公里至200公里深度形成的。

天然钻石可分为一型钻石与二型钻石。两者主要区别是氮含量,二型钻石的纯度特别高,氮杂质极少,这种钻石只占天然钻石的2%。

新发现可以解释为什么大型钻石基本是二型钻石,这是因为大型钻石在液态金属环境中形成,而氮会被金属吸收,所以大型钻石纯度也较高。而绝大多数钻石可能在硅酸盐环境中通过其他化学反应形成,所以地下150公里至200公里处形成的钻石容易包裹更多的氮,纯度相对较低。

这项研究的共同作者、华盛顿哥伦比亚特区卡内基科学研究所地球化学家Steven Shirey表示:“这是一个最小的物质能够告诉我们这颗行星最大的故事的典型例子。”

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