鑽石是怎麼來的,地球內部1000億噸鑽石該如何運到地球表面?

2021-01-09 騰訊網

鑽石是一種名貴寶石,然而在地球表面,鑽石的數量並不多,且地理位置分布不均勻,其中一些地方的鑽石明顯要比其他地方多得多,尤其是火山曾經爆發過的地方。比如:南非是鑽石的重要產區之一,這裡的鑽石不僅品質好,而且鑽石個頭也非常大,其中世界上最大的鑽石「庫利南」就是在這裡被發現。據研究發現,在地質歷史上,南非曾經發生過多次火山運動,而這些火山恰恰是鑽石礦形成的關鍵。

鑽石的形成

我們知道,鑽石的主要元素是碳,碳在地球上非常常見,二氧化碳、一氧化碳以及石墨等都是由碳構成,就連我們的身體裡都有一部分碳。

碳雖然常見,但是鑽石卻不常見,這主要是因為鑽石的形成需要依賴高溫高壓的環境,只有在1100-1500攝氏度的高溫,壓強在4.5到6Gpa的環境下,碳才可以形成鑽石。

由於條件苛刻,所以很多星球都無法形成鑽石,比如:海王星和木星雖然壓力強大,但是該星球上的碳元素並不豐富。而地球則相反,地球上碳元素非常豐富,但是高溫高壓環境並不多,幸運的是,地球內部就存在著這樣的環境。

地球內部有一個炙熱的內芯,內芯的溫度達到了4000-6000攝氏度的高溫,高溫足以融化一切物質,但這裡的物質卻以固態的形式存在,原因是因為這裡的壓強也超級高,足以將液態的鐵元素壓縮成固態的鐵核。

鐵核的溫度會向外傳遞,不過在傳遞的過程中,溫度會下降,所以地幔層的溫度剛好在1000攝氏度-3000攝氏度;另外,地幔層的壓強也剛好能夠滿足鑽石的形成條件,所以鑽石可以在地幔層中形成。

據科學家們研究發現,顆粒較小的鑽石一般形成於距離地球144-193公裡的地幔層中;而顆粒較大的鑽石一般形成於距離地球表面320-900公裡的地幔層中。

按理來說,形成於地幔層的鑽石很難到地球表面,而我們又無法將礦井挖掘到地幔層這麼深,那鑽石究竟是怎麼來到地球表面的呢?

火山噴發

儘管地幔層位於地球內部,但它們並不是沒有機會到達地球表面。

我們知道,地球內芯的溫度非常高,而巖石層的溫度又非常低,導致地幔層的熔融巖漿遇到冰冷的巖石層時,會形成熱對流。

熱對流又會帶動上方的地殼發生緩慢移動,而在移動的過程中,高溫高壓的地幔層物質在遇到地殼薄弱地帶時,就會形成火山噴發。

火山的噴發,實際上就是將地幔層的物質帶到地球表面,其中也包含鑽石。不過並不是所有的火山爆發都會攜帶鑽石,只有突然從高溫高壓環境下爆破到低溫低壓的開放環境中,才會攜帶鑽石。

其中,金伯利巖漿火山噴發非常猛烈、快速並且時間短,所以一般金伯利巖較多的地方,鑽石含量也較多。

當火山噴發之後,一些沒來得及被噴射到地表的鑽石會在火山噴發的管道內,一般鑽石礦開採,主要就是挖掘這條管道內的物質。

這些被噴射到地球表面的鑽石,有時會被巖石、泥土等覆蓋,經過風吹雨打以及河流、雨水的衝擊之下,這些鑽石有可能直接裸露到地表,被人們撿到,不過這樣的概率實在是太少了。

人工鑽石

在了解了鑽石的形成原理之後,科學家們也開始在實驗室人工合成鑽石。人工合成鑽石,就是模擬出地幔層高溫高壓環境,從而培育出鑽石。

澳大利亞科學家就曾經在實驗室中合成了人工鑽石,不過由於溫度和壓強沒有達到寶石級,以至於只是形成了藍絲黛爾石。

藍絲黛爾石是為了紀念著名的晶體學家凱薩琳·藍絲黛爾夫人,這種鑽石主要形成於小行星撞擊地球,由於撞擊的瞬間會產生巨大的壓力和溫度,以至於碳的形態被改變,形成了鑽石。不過這種鑽石並不符合珠寶級的要求,主要用於工業用途。

除此之外,一些科學家也在實驗室中合成了真正的鑽石,甚至可以控制它們的色彩。但由於人們對合成鑽石的接受程度不高,再加上鑽石商人的廣告,和人們將鑽石視為愛情的象徵,根本不願意使用人工鑽石,所以人工鑽石的售價相對而言較低,屬於輕奢級裝飾用品。

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  • 地球上最稀有的鑽石埋在地幔中,是由原始碳形成的
    大多數鑽石是由碳在地球表面和地殼之間反覆循環產生的。但是,9月10日發表在《自然》雜誌上的文章稱,那些起源最深的鑽石是由另一種來源的碳構成的:一種新發現的、隱藏在地球下地幔中的遠古儲層,比如著名的「希望鑽石」。
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