煤炭還能變鑽石?別被課本矇騙了!鑽石形成的4種方式是這樣的!

來源：視覺中國

許多人認為鑽石是由煤在變質作用下形成的，在學校開設的科學課中，老師們通常也會這樣回答學生提出類似「鑽石如何形成」之類的問題。包括科學家在內，為什麼會認為煤炭與鑽石之間有一定的關聯，主要是因為鑽石的形成過程與煤炭非常相似，且具有相同的構成元素。

在我的世界「Minecraft」遊戲中，玩家真的可以將煤炭轉化成鑽石！

然而，煤炭在鑽石的形成過程中並沒有發揮多少作用。事實上，大多數已經確定年代的鑽石比地球上第一批陸地植物要古老得多！要知道陸地植物可是煤炭形成的原材料，這也就意味著，僅此一點就足以證明鑽石礦並不是由煤形成的。

這個想法的另一個問題在於煤層是沉積巖，通常以水平或接近水平的巖石單元出現，鑽石則出自充滿火成巖的垂直巖層，且煤炭不可能存在於鑽石形成的深層區域。

那麼，鑽石究竟是如何形成的？以下四個過程可以是目前地球上存在天然鑽石的原因。可以肯定的是，這四種鑽石來源幾乎與煤炭沒有任何關係。其中的一種工藝幾乎佔所有曾經開採過的鑽石的100％，其餘三種是商業鑽石的重要來源。

一、鑽石在地幔中形成

地質學家認為，目前地球上所有的商業鑽石都是在地幔中形成的，並通過深源火山噴發傳播至地表。火山作用產生了受廣大鑽石探礦者強烈追捧的金伯利鑽石（一種形成於地球深部的火山巖，雖然看起來灰灰的不起眼，但裡面可能含有天然原鑽石）和金雲火山巖。被火山噴出物腐蝕和風化的鑽石最終被包含在河流和海岸線的沉積礦床中。

天然鑽石的形成需要非常高的溫度和壓力。這些條件一般發生在溫度至少為1050攝氏度以及地表下約150公裡的地幔的某些區域，而這種形成鑽石的條件以及環境穩定性並不在全球範圍內廣泛存在。據研究表明，主要存在於穩定大陸板塊之下的地幔中。

火山噴發作用將使地幔破碎並迅速帶到地表，而形成並賦存在「鑽石穩定帶」中的鑽石會被「移送」至地球表面。如圖中所示，這類火山爆發現象極其罕見的，並且自從科學家們認識到這種現象後類似的火山爆發再也沒有發生過。

那麼問題來了，煤炭是否也包含在因火山噴發的破碎地幔中呢？

答案是否定的。煤炭是由沉積在地球表面的植物碎屑形成的沉積巖，它們很少埋在深度超過兩英裡（大約3.2公裡）的地方。煤炭從地殼下被移至遠低於大陸板塊底部的深度是不太可能的。這些地幔鑽石夾雜的碳，很可能是地球形成時被困在地球內部的碳。

二、鑽石在俯衝帶中形成

俯衝帶通常指大洋板塊俯衝於大陸板塊之下的構造帶。板塊構造學說認為，大洋板塊向某一方向移動，遇到大陸殼，彼此相撞時，大洋板塊由於巖石密度較大，處於較低部位，便俯衝於大陸殼之下。

少數鑽石被發現存在於巖石中，被認為是由於板塊構造過程中被移運至地幔深處，然後回到地表。俯衝帶中的礦石形成可能發生在地表80公裡以下，這裡溫度達到200攝氏度。在另一項研究中，發現來自巴西的鑽石中含有與洋殼礦物學一致的微小礦物包裹體。一些學者認為這些鑽石內含有的物質表明，俯衝的海水參與了其形成的過程。

俯衝帶中的鑽石由煤炭有關嗎？

煤是這種鑽石成形過程中的可能碳源。然而，由於海洋板塊的密度較高，它們比大陸板塊更有可能成為俯衝的對象。大洋板塊俯衝的最可能的碳源是碳酸鹽巖石，如石灰石、大理石和白雲石，以及可能是近海沉積物中的植物碎屑顆粒。

三、鑽石在小行星衝擊地球的地點形成

縱觀歷史，地球一直受到小行星的襲擊。當這些小行星撞擊地球時，會產生極高的溫度和壓力。例如：當一個10公裡寬的小行星撞擊地球時，它可以以每秒15至20公裡的速度行進。在碰撞地球後，這個超高速物體將產生相當於數百萬枚核武器的能量爆炸，並且溫度比太陽表面還要高。

這種衝擊的高溫和高壓條件足以形成鑽石。這種鑽石形成理論已經被認證，因為科學家們在曾經幾顆小行星「訪問」地球時的碰撞區域附近發現有鑽石存在——在亞利桑那州的隕石坑中發現了微小的亞毫米級鑽石；俄羅斯隕石坑周圍就發現了鑽石，科學家認為是隕石碰撞而成。

隕石撞擊地表鑽石形成圖

煤是否參與這種類型的鑽石形成過程？

煤炭可能存在於小行星碰撞地球的區域，並可能成為鑽石的碳源。另外，石灰石、大理石、白雲石和其他含碳巖石也是潛在的碳源。所以，我們這裡介紹的4種鑽石形成方式中，只有這一種可能會與煤炭有關。

四、鑽石在太空中形成

美國宇航局的研究人員在一些隕石中發現了大量的納米金剛石。這些隕石中大約3％的碳以納米金剛石的形式存在。但這些鑽石太小，不適用於寶石或工業磨料。然而，太空形成確實是鑽石的來源之一。

據稱，研究人員在切割隕石樣品時也發現了大量的小鑽石，這些隕石中的鑽石被認為是通過高速碰撞形成的，類似於隕石在撞擊地球時在撞擊區域形成的鑽石。

很顯然，這類鑽石不可能與煤炭有任何關係，它的碳源來自地球之外。

最可信的證據——鑽石比煤炭早出現數億年

為什麼說煤炭與大多數鑽石的形成毫無關係？最有力的證據莫過於科學家通過比較地球上鑽石和最早陸地植物的形成年代。

研究發現，幾乎所有的鑽石是在前寒武紀形成的，時間跨度在地球形成（大約46億年前）到寒武紀開始（大約5.42億年前）之間。相比之下，最早的陸地植物直到4.5億年前才出現在地球上——幾乎比地球上天然鑽石形成時間晚近1億年。由於煤是由陸地植物碎片形成的，最古老的陸地植物比幾乎每一顆曾經過時的鑽石都年輕，所以很容易得出結論：地球上的鑽石並不是煤炭形成的。

話說回來，煤炭，成灰黑色，看似「骯髒」；鑽石，晶瑩透亮，處處顯示華麗尊貴。這兩者怎麼會有關係呢？

延伸閱讀——關於俄羅斯隕石坑中的鑽石

在俄羅斯的西伯利亞該隕石坑中，科學家發現有巨大的鑽石儲量。關於此處的鑽石來源，科學家們表達出了自己的觀點。有學者指出，該區域地表可能賦存有煤炭，在遠古時期很可能被一顆較大的隕石撞擊，告訴撞擊產生的熱量與壓力使石墨變質成為鑽石，稱其為「衝擊鑽石」。通過實驗研究發現，鑽石中含有其他分子形式的碳。

還有學者稱鑽石來源於本文介紹的第三種方式——鑽石在太空形成有一定關係，就是這顆撞擊地球的小行星本身就含有大量的碳元素。