钻石中发现罕见矿物，科学家：地球表面不可能存在？

在20世纪，博茨瓦纳的奥拉帕矿区是最大的钻石矿区之一，当时的矿工在挖掘钻石时，找到了一块八面体绿色钻石，但是令人失望的是，钻石内部存在很多小黑点，这让这颗钻石的价值大幅降低。

地质学家有幸得到了这块钻石，但当时的 科技 水平无法判断内部黑点究竟是什么物质，直到X射线和光谱仪逐渐普及，科学家才发现钻石中的黑点， 是地球表面不可能存在的矿物—— 硅酸钙钙钛矿。

硅酸钙钙钛矿是一种从来没有在天然样本中出现的物质，因为这种矿物必须在极高的温度和压力状态下才能生成，因此地球上的这类矿石，基本都处于660公里以下的地幔层。

科学家曾在实验室合成了这种罕见矿物，实验室中需要达到大气压的20万倍，才能形成这种矿石，而且矿石一旦离开高压环境，立刻就会分解，形成类似玻璃的物质。

而在钻石中，硅酸钙钙钛矿可以密封在一个相对坚硬的结构内，钻石的刚性让硅酸钙钙钛矿可以保持足够的压力，进而维持原本的自然形态。这也意味着这颗钻石来源于地球非常深的地方。

钻石中的黑色矿物，证明了硅酸钙钙钛矿确实在地球地幔中存在。

根据地质学家的推测，硅酸钙钙钛矿可能是地幔的最主要的矿石之一，大约占据地幔成分的5%-7%，而且在地幔的高温、高压状态下，硅酸钙钙钛矿还可以和铀、 钍等放射性元素结合，从而具有放射性，为地球内部提供热量。

科学家在确定钻石内部黑色物质的成分后，对钻石进行了切割处理。

切割取出的黑色矿物，仅仅在正常大气压环境下存在了1秒钟，随后就开始膨胀，物质之间相互脱离，变成类似玻璃的普通物质。

对于钻石来说，颜色和净度非常重要，钻石内部的物质对于钻石来说是贬值的瑕疵，但是对于地质学家来说，则是非常珍贵的礼物。

人类虽然生活在地球上，但对地球的了解十分有限，对于地球的结构，主要依据科学家的推断。

从地球深处来到地表的矿石，往往可以揭示地球深处的秘密。通过了解地球结构，科学家也可以对地球磁场等特殊现象，进行更加准确的解释。

8131 俄罗斯金刚石/钻石形貌及颜色特征

Kriulina等（2007）对大量源区样品进行了统计，并根据Orlov（1973）对金刚石/钻石晶体形态分类后得出，ADP各岩筒出产的金刚石/钻石60%～87%属于Ⅰ型，YDP各岩筒出产的Ⅰ型金刚石/钻石可达88%～98%。YDP出产金刚石/钻石的晶形则主要为八面体及其聚形，其中Malo-Botuobia地区高达88%～94%的金刚石/钻石为八面体、八面体和十二面体晶面的聚形，最低也可达49%（Udachnaya岩筒）。Mir及其他岩筒中超过50%的金刚石/钻石是晶面平坦的八面体，其他晶体多为聚形。Daldyn-Alakit地区岩筒出产的金刚石/钻石以复杂的生长方式为主，菱形十二面体、立方体均有产出，多晶聚合也有出现（Spetsius，1995）。Udachnaya岩筒榴辉岩捕虏体出产的金刚石/钻石形态为八面体和立方体-八面体聚形，某些蓝晶石榴辉岩中发现特征的棱角被拉长立方体（图84）。产自Udachnaya岩筒的金刚石/钻石65%为无色，30%为不同程度的褐色到粉色，5%为黑色（Kriulina et al，2011）。

图84 Udachnaya矿区榴辉岩包裹体中的金刚石/钻石

（据 Stepanov et al，2011）

Figure 84 Diamonds in eclogite enclaves of Udachnaya mining area

（after Stepanov et al，2011）

Lomonosov矿的金刚石/钻石晶体形态为晶面扁平、弯曲的八面体、菱形十二面体、立方体以及它们的聚形（Garanin et al，1999），其中部分为破碎的、带有灰色或灰色调及形变的十二面体（40%）。完整晶体比例为72%，其中39%为无色晶体。VGrib矿金刚石/钻石完整晶体（70%）和等轴晶体（50%）的比例较高（Palazhchenko，2008）。与其他产地相比，ADP出产立方体晶形金刚石/钻石的比例相对较高，其中MVLomonosov矿出产比例约10%～15%，VGrib矿约4%（表81）。

表81 ADP的VGrib和MVLomonosov矿金刚石/钻石晶体形态特征总结　Table 81 Summary of diamond crystal forms of the VGrib mine and MVLomonosov mine of ADP

（资料来自Palazhchenko，2008）

Grib岩体的金刚石/钻石晶体完好并且透明度高，其中39%的金刚石/钻石透明度好，60%金刚石/钻石透明度较好；65%无色，12%为**，16%为灰色；1%由于含有暗色包裹体呈灰或黑色。VGrib矿的一个重要特征是含有很多绿色金刚石/钻石，因为它邻近放射性矿床（Rubanova，2009）。

乌拉尔地区金刚石/钻石单晶约占总体的84%，十二面体金刚石/钻石占单晶体的89%，八面体为7%，不规则晶体占4%。十二面体以扁平的居多，此外也有等轴和拉长的晶体。八面体主要为棱角浑圆和晶面扁平的晶体。不规则单晶基本上为扁平状，从残余的形态可以发现晶面扭曲的“十二面体”居多，晶面沿短对角线破损，向顶边凸起形变。有时晶面短对角线的凸起非常强烈，以致晶体重塑变形为双面的三八面体或六八面体，这种晶形可占不规则晶体的90%～92%。双晶约占总体的16%，其中十二面体双晶85%，其余的15%为不规则双晶。八面体双晶基本没有发现（Posukhova，2007）（图85和图版Ⅶ3）。

乌拉尔砂矿中无色晶体占70%，常带有不同颜色色调。含微小黑色包裹体的无色金刚石/钻石带明显的灰色调。有色金刚石/钻石主要为褐色、**、绿色、蓝色、粉色、奶白色和灰色等。绿色晶体颜色分布不均匀。大部分金刚石/钻石有褐色或绿色的色斑（图86），可能是由天然辐射所致（Posukhova，2007）。

金刚石/钻石的表面特征反映了金刚石/钻石的生长环境，具有产地表征意义。俄罗斯三大金刚石/钻石成矿省出产的金刚石/钻石表面特征有较大差异（表82）。

图85 乌拉尔地区金刚石

（据Laiginhas，2008）

Figure 85 Diamonds of Ural region

（Laiginhas，2008）

图86 乌拉尔地区金刚石晶面上的绿色色斑和褐色色斑

（据Laiginhas，2008）

Figure 86 Green spots and brown spots on crystal faces of Ural diamonds

（Laiginhas，2008）

表82 俄罗斯三大金刚石成矿省金刚石表面特征对比　Table 82 Comparison of diamond surface features of Russia's three major diamond provinces

（资料来源 Spetsius，1995；Palazhchenko，2008；Laiginhas，2008；Kriulina et al，2011；徐立等，2011）

8132 俄罗斯金刚石/钻石的发光性

VGrib矿产出的金刚石中约50%的金刚石发蓝色-淡蓝色和紫色荧光，**和绿色荧光的较少（10%），约20%的金刚石没有发光性。MVLomonosov矿中约50%的大粒径金刚石和30%的小粒径金刚石没有任何发光性（Palazhchenko，2008），其余的11%发绿色荧光，4%发**荧光，9%发蓝色-淡蓝色荧光。在ADP只有蓝色、淡蓝色两种阴极发光特征。VGrib矿金刚石生长环境相对稳定，75%的发光图像没有环带，显示为均匀的，八面体层状内部生长结构，一些金刚石晶体由于切向生长产生深蓝、浅蓝交替的发光特征；MVLomonosov矿金刚石发光图像相对复杂，包括切向生长、原始生长及两种生长方式结合的生长机制产生的环带、生长区等，这种复杂的发光特征揭示了金刚石的脉冲生长环境（Palazhchenko，2008；Rubanova等，2009；Palazhchenko等，2008）。

YDP不同捕掳体产出的金刚石显示出不同的发光性。蓝晶石榴辉岩和正常榴辉岩中的金刚石全部发黄绿色荧光；橄榄岩和二辉岩中的金刚石则发淡蓝色或淡蓝色与橘色混合的荧光；Udachnaya矿中的金刚石主要发蓝色-淡蓝色荧光；发粉色荧光的金刚石有时可用来指示岩筒潜在的含钻能力，YDP金刚石产量较高的岩筒常常具有这一特征的发光性，Mir岩筒中40%金刚石的荧光为粉色-淡紫色（Kriulina，2011）。阴极发光图像显示，雅库特地区的金刚石生长结构大致可以分为3类：单一八面体生长环带金刚石，不同生长机制所致的复杂环带金刚石和多期、多阶段生长结构金刚石。例如，Udachnaya岩筒金刚石的发光图像的明亮程度跟N杂质含量有关，发光特征主要为中心发光较强，外围发光较弱的整齐的八面体生长环带、边界弯曲的立方体生长环带或整体发光较弱的复杂生长环带。Udachnaya岩筒几乎所有金刚石都有纤维状生长产生的不发光区域或深蓝色区域（Stepanov，2007；Shatsky等，2008；Liu等，2008；陈美华和狄敬如，1999）。

8133 俄罗斯金刚石/钻石的包裹体特征

金刚石/钻石的矿物包裹体可以分为两类：超基性岩或橄榄岩型（U/P型）和榴辉岩型（E型）（Taylor & Anand，2004；Sobolev et al，2004；Sobolev et al，2008）。YDP金刚石/钻石的U/P型矿物包裹体主要为橄榄石、铬铁矿、镁铝榴石、斜方辉石、透辉石、顽火辉石等。其中橄榄石是YDP金刚石/钻石中最多见的包裹体，铬铁矿也比较常见，含铬铁矿的金刚石/钻石占含包裹体金刚石/钻石的45%～56%（Sobolev，2004）。E型矿物包裹体主要为石榴子石、绿辉石等。与斜辉橄榄岩共生的石榴子石包裹体较多出现在Udachnaya、Mir和碱性金伯利岩筒的金刚石/钻石中，包含了金刚石/钻石捕获前的重要成因信息（Taylor et al，2003）。硫化物矿物是YDP常见的包裹体，总是伴随着辐射状裂隙并且覆盖在裂隙上。这种和硫化物伴随的裂隙被认为是喷发过程中包裹体和寄主金刚石/钻石不同热温收缩引起的。这些硫化物包裹体包含了亲硫元素在深部岩石圈中含量和分布的重要信息（Ananda et al，2004）。

ADP金刚石的同生包裹体主要为超基性岩和榴辉岩集合体的典型矿物。蛇纹石、皂石、磁铁矿、硫化物和硫硅酸盐混合物出现在次生包裹体中。同时还发现有>20%的金刚石中含金刚石包裹体。VGrib矿金刚石中暗色包裹体最常见（约占总体的30%），无色包裹体相对较少（约占总体的1%），含金刚石包裹体的金刚石约占总体的24%。拉曼光谱测定橄榄岩型（E）同生包裹体居多（橄榄石、铬尖晶石、镁铝榴石），次生包裹体主要为蛇纹石、滑石和磁铁矿（Rubanova et al，2009）。

图87 YDP 金刚石/钻石阴极发光图

Figure 87 Cathodoluminescence image of diamonds from YDP

（上排 a，橄榄岩型金刚石 / 钻石的八面体生长环带；中 ，橄榄岩型金刚石 / 钻石的八面体生长环带，左角部分出现溶蚀现象；右，橄榄岩型金刚石 / 钻石菱形十二面体晶体中心的立方体生长。下排 ，a，b：榴辉岩包裹体八面体金刚石 / 钻石晶体的内部核和外部环带；c：另一种类型的花瓣状生长环带）（切面均沿 （110） 切开；上排据：Bulanova，1995；下排据：Stepanov et al，2007）

（The upper row，a: octahedral growth zones of a peridotitic diamond; middle: octahedral growth zones of a peridotitic diamond and resorption on the left; right: cubic growth zones at the core of a rhombic dodecahedral peridotitic diamond The lower row，a，b: Inner nucleus and outer zonal structure of a octahedral eclogitic diamond; c: another type of petal-like growth zones） （slices along （110）; the upper row images after Bulanova，1995; the lower row images after Stepanov et al，2007）

ADP金刚石与世界其他产地金刚石的不同在于硫化物包裹体极为稀少。硫化物包裹体的缺失指示了地幔物质演化具有的某些区域性特征。金刚石中Ni EPR中心的缺失也是MVLomonosov矿和VGrib矿金刚石的标型特征之一，含Ni固溶体包裹体含量低甚至缺失也印证了这一点（Palazhchenko，2008；Rubanova，2009）。

乌拉尔地区金刚石/钻石大部分为榴辉岩型，主要为橙色石榴子石、灰绿色单斜辉石、无色柯石英、蓝色蓝晶石、浅棕色金红石和硫化物。其次为橄榄岩型：紫色石榴子石、深樱红色铬铁矿和无色橄榄石。还有少部分与二辉橄榄岩有关，包括无色顽火辉石、无色橄榄石等。有些金刚石/钻石含石墨包裹体（Posukhova，2007）。

钻石是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。

钻石和石墨都属于碳单质，二者的化学式都是C，在矿物化学组成中，总含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素，并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等杂质元素，以及碳水化合物。

钻石和石墨的化学性质完全相同，但钻石和石墨不是同种物质，它们是由相同元素构成的同素异型体。 所不同的是物理结构特征。

扩展资料

钻石的化学性质

钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体，是指经过琢磨的金刚石。金刚石是无色正八面体晶体，其成分为纯碳，由碳原子以四价键链接，为目前已知自然存在最硬物质。

由于金刚石中的C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，熔点在华氏6900度，金刚石在纯氧中燃点为720~800℃，在空气中为850~1000℃，而且不导电。

钻石矿物晶体构造属等轴晶系同极键四面体型构造。碳原子位于四面体的角顶及中心，具有高度的对称性。单位晶胞中碳原子间以同极键相连结，距离为154pm。常见晶形有八面体、菱形十二面体、立方体、四面体和六八面体等。

-金刚石 （纯碳组成的矿物）

钻石是非常昂贵的宝石，属于天然矿物。钻石虽然昂贵，但并不意味着钻石稀有。

钻石99%都由碳元素组成，在地球高温、高压环境下就可以自然形成，携带有石墨等碳元素的陨石如果撞击地球，产生的高温和高压环境，也可以形成钻石。相比黄金，钻石的形成条件并不困难，因此地球上的钻石矿并不少，通过人工合成的方式，也可以制造出工业钻石。

钻石既然并不稀有，为何钻石的价格如此昂贵？这是因为钻石经过了完美的商业化，商业的炒作，让钻石拥有了异常高的身价。

钻石的形成，并不复杂：

钻石虽然看起来非常闪耀，但钻石的本质，就是碳元素。碳元素组成的三种常见物质，就是活性炭、石墨、钻石。

碳元素在地球上非常常见，在宇宙中，经历氢氦核聚变之后，发生氦碳核聚变，就可以形成大量的碳元素。所有的恒星都可以通过核聚变形成碳元素，因此宇宙中的碳元素含量也非常多。

碳元素形成后，通过引力作用聚集到岩石天体上，天体逐渐聚集成为行星，行星内部所产生的高压和高温状态，让碳元素逐渐形成钻石。

石墨的主要成分也是碳元素，如果携带大量石墨的陨石撞击到地球，撞击所产生的的压力和温度，也可以让陨石内的石墨变成钻石，但这类钻石比较少见，而且数量不多。

钻石形成所需的压力，需要达到500万倍大气压强，同时温度至少要达到1100摄氏度，因此地球天然形成的钻石，都隐藏在较深的位置，并且往往会接近岩浆。少数钻石，也会因为地质运动，从地球深处移动到距离地表比较近的位置。目前钻石矿，基本都集中在距离地表160公里以下的位置，这让天然钻石的开采较为困难。

钻石的开采无论多么困难，钻石的本质，依旧是碳元素，这也让人工合成钻石成为可能。但是在人工环境下，还很难满足钻石所需的压力和温度，因此目前只能合成工业钻石。

黄金作为贵金属，价值却不如钻石，这是非常不正常的事情。

在太阳系中，恒星太阳的核聚变，就可以形成大量碳元素，但是整个太阳系，都无法形成金元素。金元素作为重元素，宇宙中的超新星爆发，才能形成足够剧烈的核聚变反应，形成金元素。

可控核聚变对于人类来说都很难完成，黄金基本不可能通过人工的方式合成。但是随着科技的发展，纯净的钻石，必然可以通过人工的方式合成。

钻石为何如此昂贵？

既然钻石只是碳元素，为何钻石却如此昂贵？这完全得益于钻石的商业化发展。

人类刚刚发现钻石时，认为钻石非常稀有，价格自然非常昂贵，但是随着钻石矿的发现，钻石的价格开始逐渐下降。非洲发现的巨大钻石矿，让钻石市场彻底陷入混乱，为了避免钻石降价，钻石商人很快制定了商业方案。

首先，钻石商人联合垄断了钻石产业，限制钻石的大量开采，避免钻石过多导致降价，随后商人开始将钻石和爱情绑定，在很多爱情片中植入钻石广告，这一决策取得了巨大的成功，当代爱情基本离不开钻石。

避免钻石的大量开采，完成钻石的宣传后，商人们开始钻研钻石切割，设置钻石净度、亮度等属性，从而让钻石拥有更多的涨价空间。

钻石作为地球的一种天然宝石，能够和其他宝石形成天壤之别的差距，就是来源于钻石商人们的宣传。

虽然钻石矿的数量越来越多，而且产量也非常高，但是所有的钻石商人都不希望钻石降价，因此钻石也开始形成非常系统的定价方案。

钻石开始根据克拉数、亮度、净度、硬度、切割工艺等多个方面进行对比，从而抬高各个方面比较优良的钻石价格。

总结：

钻石的形成，需要给予碳元素较大的压力和较高的温度。地球内部存在大量的碳元素，在距离地表160公里以下的位置，能够产生高温环境，就有几率产生钻石。

如果人类的开采能力继续提升，地壳深处必然会有更大的钻石矿，随着人类科技的提升，合成人工钻石，也是指日可待的事情。

钻石之所以昂贵，是由于钻石的开采难度较大，并且钻石商人对钻石的商业处理非常完美，从而导致钻石价格要比其他天然宝石的价格更高。虽然钻石的价格有很大“水分”，但克拉数较高的天然钻石，还是有一定的收藏价值的~

　　确切的说是矿物矿物指由地质作用所形成的天然单质或化合物而岩石是一种混合物

钻石是指经过琢磨的金刚石,金刚石是一种天然矿物,是钻石的原石,它是一种由碳元素组成的矿物,是碳元素的同素异形体金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质简单地讲,钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体

　　钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体，一般是通过火山爆发而被岩浆带到地表。钻石是指经过琢磨的金刚石，金刚石是一种天然矿物，是钻石的原石。钻石美丽、稀有，是爱情和忠贞的象征，代表永恒不破的爱情。

　　经过科学家们对来自世界不同矿山钻石极其中原生包裹体矿的研究发现钻石是地表以下100多公里处富含碳元素的矿层在巨大的压力和1200摄氏度的高压高温环境下形成的。

　从钻石复杂的形成条件来说，钻石的确是一种稀有的宝石。目前全球主要的钻石产区有澳大利亚、非洲南部、南非、俄罗斯、中国等。

　　除了这种形成原因以外，还有另一种关于钻石的形成原因，认为是在行星撞击地球时所产生的高温高压状态，把石墨转化为了我们所见到的钻石状态。

　　据科学家推测，在1500万年前的时候，曾经有一颗直径大约1km左右的小行星撞击地球表面。而在撞击的同时瞬间就产生了一个宽度为25km的陨石坑，在这陨石坑内部周围的碳气泡在高温高压之下瞬间变成了一些直径不足02mm左右的微小钻石。

钻石，就是经过打磨的金刚石，又称金刚钻，通常指宝石级金刚石，尤指琢型宝石级金刚石。钻石是经过琢磨的钻石原石，而钻石原石是无色正八面体晶体。但因为钻石矿会受到所处地区的地质影响，而出现不同的颜色以及形态。就比如俄罗斯ALROSA埃罗莎公司发现过一颗后期命名为Matryoshka的钻石原石，其中有另一颗钻石在里面自由移动。