碳結晶怎麼變成閃閃發光的鑽石,你手上戴的是古代海洋歷史?

2020-12-04 悟空科學

有人說鑽石代表永恆,可你知道它是如何形成的嗎?實際上,無論是通過何種方式,毫無疑問都需要很長的時間周期,才得以讓一大塊碳結晶變成閃閃發光的鑽石。科學家們在高溫高壓的實驗環境中,重建了鹹金剛石礦床,確認地球正在將海洋壓成鹹的鑽石,當地幔破壞古老的海底礦物之時,許多鑽石也正在地球上形成。

大陸板塊下研磨時形成的鑽石

長時間以來,科學家們一直難以揭開鑽石的天然製造過程之謎,其中深受大部分人認同的理論是:在構造俯衝帶的條件下,海洋板塊的一部分因為受到了大陸板塊下的研磨,而後導致了許多鑽石的形成。

海底的所有礦物質和海洋板塊,在這個過程中都潛入了數百英裡的地幔中,在這裡,有高壓和高溫的特殊環境,它們就是這樣緩慢地結晶。最終,被稱為金伯利巖的火山巖漿和這些晶體混合在一起,然後,形成的鑽石形態衝擊了地球表面。

數千萬億鑽石藏在地球深處

被人們用來表達愛意的特殊礦物質- 鑽石,或許並不像大家以為的那麼特別。早前就有研究表明,在地球的內部深處,充滿了數千萬億的鑽石,數量達到了之前預計的1000倍。只是,因為它們位於地表下方約145到240公裡的克拉通「根部」,並且呈現為大塊的巖石,我們並不能達到此處。

這些閃閃發光的藏匿物,正是科學家們通過觀察地下的地震波所發現,根據這些振動的規律會因為所撞擊巖石的成分、溫度和密度而發生改變,才得以記錄下這些構建地球的、卻無法到達的內部圖像。通過地震活動的記錄,創建了一個三維模型,將穿過地球主要克拉通的地震波速度都記錄下來,然後從各種組合中創建「虛擬巖石」。

通過計算地震波穿過它們的速度發現,有1%至2%的克拉通根由鑽石組成,而其餘部分,則主要由橄欖巖組成地球上地幔中的巖石,和來自海洋地殼的一點榴輝巖。當波浪穿過地球,鑽石將比其他不那麼僵硬的巖石或礦物更快地傳播它們。科學家們發現大部分數據最好用鑽石解釋,但是,由於很難直接對這些區域進行採樣,所以尚不能肯定地說。

鑽石的海洋起源有了新證據

之所以這種理論更流行,是因為可以在海洋礦物質中找到支撐點。比如,這些礦物質會產生藍色寶石,它們擁有自己標誌性的色調,並且是地球上最深、最稀有和最昂貴的鑽石類型,正是因為其本身價值,導致了科學家們難以對其進行研究。

5月29日,一項新的研究在「科學進步」上發表,科學家們的新研究結果,為鑽石的海洋起源提供了新證據。在這個科研項目中,科學家們選用了更常見的一類石頭中的沉積物作為實驗對象,即纖維狀鑽石。

這種類型的鑽石和平時婚禮中用到的有所不同,這種纖維狀鑽石,其中含有少量鉀、鹽和其他物質,對於那些珠寶商而言,它們的價值相對而言較低。但是,對於科學家們而言卻反而更有價值,可以揭露其「地下血統」。之前就有一種理論認為,鑽石內的鹽分是來自海洋水,但一直沒有辦法進行測試。可能是因為並沒有相同的活潑環,才有了數十億年前的突變巖石,它們暴露在地球深層地幔的壓力和灼熱溫度的許多生命周期。

非古老起源下的高溫高壓反應

科學家們在沒有追溯真實鑽石的古老起源情況下,試圖在實驗室中重新創造這一系列的反應,當海底礦物質侵入地幔,發生了超高壓反應。並且,研究人員將海洋沉積物樣品放入了一個特定容器,在這個容器中,還含有一種被稱為橄欖巖的火山巖(廣泛存在於鑽石被認為形成的深處)。而後,科學家們模仿了地幔中的那些,將混合物暴露在強烈的高熱和壓力條件下。

通過實驗發現,當混合物達到一定的承受力和溫度之時:當混合物處在4-6千兆帕斯卡(海平面平均大氣壓的 40,000至60,000倍)和溫度在1,500至2000華氏度(800至1,100攝氏度)的時候,所形成的鹽晶體和纖維鑽石几乎具有相同的特性。簡而言之,舊的海床滑入地幔深坩堝所導致的撞擊力,成為了鑽石形成的完美自然條件。因為,由純碳製成寶石鑽石,不包括任何沉積物沉積物,也可以這種方式生成。

鑽石的生長還離不開某些鹹液

對於鑽石的生長而言,除了之前提到的自然條件以外,在其周圍還需要存在某種鹹液,並且,科學家們已經確認,海洋沉積物是符合該要求的。在火山爆發期間,鑽石通常會在地球表面趕上這趟便車。與此同時,通過相同的實驗,也產生了對金伯利巖形成起到關鍵作用的礦物。所以,你戴在手上的鑽石,可能真的正是古代海洋歷史。

被稱為金伯利巖的巖漿,是地球上所有巖漿最深的起源。儘管金伯利巖的晶體密集 ,有時還含有鑽石 ,但它們卻相當迅速地向上升起。產生金伯利巖的礦物質最初含有溶解的化合物,如二氧化碳。然而,這些巖漿後來在地幔中吸收二氧化矽負載的礦物質,這會降低它們與二氧化碳的連接程度,從而迫使它排出。這讓巖漿的密度降低了,導致金伯利巖浮力足以快速上升,含金剛石的巖漿顯然會通過放棄重量,迅速從地球深處升到地球表面。

如果,這樣的寶石對你來說太過昂貴,請不要失落。因為,你還可以帶上金戒指,或鉑金的戒指,便可以帶著這個星球的極端過去。有新的研究結果表示,人們日常所佩戴的這些珠寶中有微量的閃亮礦物質,而它們則可能起源於史詩的中子星碰撞事件,而這樣的碰撞,實際上是在46億年之前的太陽系上肆虐。

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