深入地球内部，揭开地球深处钻石形成的秘密！

了解全球碳循环为科学家提供了有关地球可居住性的重要线索。这就是为什么与金星相比，地球有温和稳定的气候和低二氧化碳的大气层。例如，金星处于失控的温室状态，表面温度高，二氧化碳大气层厚。地球和金星的一个主要区别是地球上存在活跃的板块构造，这使得我们地球的环境在太阳系内独一无二。但是大气层、海洋和地壳只是故事的一部分。地幔占地球体积的75%，其潜在的碳储量可能超过所有其他储层总和。碳是有机生命的重要组成部分之一，被俯冲带进地球内部，在那里它极大地降低了固体地幔的熔点，在浅层地幔中形成了碳化熔体(富含碳的熔融岩石)，为地表火山提供燃料。

博科园-科学科普：碳酸盐岩矿物也可能被运送到地球更深处，到达下地幔，但接下来会发生什么还不确定。回答这个问题充满了挑战——地球深处的条件是极端的，来自地幔的样本是罕见的，解决方案是在实验室中使用复杂的技术重新创造这些条件。现在，布里斯托尔大学的一个实验地球科学家小组已经做到了这一点。他们的研究结果发表在《地球与行星科学快报》上，揭示了碳酸盐矿物通过海洋地壳俯冲(地球的一个构造板块从另一个板块滑落到另一个板块之下)进入地幔后会发生什么变化的新线索。他们的发现揭示了碳酸盐在1000千米以下的深度俯冲障碍，在那里，碳酸盐与海洋地壳中的二氧化硅发生反应，形成钻石。

这些钻石在地质时间尺度上储存在地球深处。地球科学学院的James Drewitt博士解释说：碳酸盐矿物是否能够通过地球的下地幔保持稳定，如果不能，那么需要什么样的压力/温度变化来激发矿物与它们的反应？这些都是我们想要找到答案的问题——而得到这些答案的唯一方法就是重现地球内部情况。德威特博士和团队使用激光加热的钻石砧细胞，将人造碳酸盐岩置于与深部地球环境相当的高压和温度下，温度最高可达2000摄氏度和90 GPa(约90万大气压)。发现碳酸盐在1000 - 1300千米深处保持稳定，几乎是岩心的一半。在这些条件下，碳酸盐与周围的二氧化硅发生反应，形成一种被称为bridgmanite的矿物，它构成了地球的大部分地幔。

这个反应释放的碳以固体二氧化碳形式存在。当周围炽热的地幔最终加热俯冲板块时，这些固体二氧化碳分解成超深钻石。Drewitt博士补充说：最终，超深钻石可能会通过上升流的地幔羽流回到地表，这一过程可能代表了我们在地表发现的 超深钻石的来源 之一，它为我们 提供了有关地球深层构成的唯一直接证据 。这是令人兴奋的，因为人类所能钻出的最深深度约为12公里，不到地壳深度的一半。与地幔的巨大规模相比，这简直是小巫见大巫。地幔接近3000公里。研究小组使用一个钻石砧细胞来产生与在这些深度发现的压力相当的压力，在显微镜下将样品装入一个压力室，压力室是从一个金属垫片钻出来的，然后在宝石质量和切割钻石砧之间进行压缩。

这些样品的晶体结构随后在牛津郡的英国同步加速器工厂用x射线衍射分析。Drewitt博士现在计划将这些高压和高温实验以及先进的计算机模拟技术应用到其他矿物和材料上，除了碳之外，还有潜在几大洋价值的水被输送到地幔深处，当这些水被释放出来时，将导致地球上地幔和下地幔的融化。然而，我们无法充分测试或理解这些富含水的熔融岩石动态行为的现有模型，因为我们不知道它们的组成或物理性质。目前正在进行极端条件下的实验和先进计算机模拟将有助于解决这些问题。

本研究使用激光加热金刚石砧细胞(LHDAC)实验在fe - mg - sio2 - co2 (FMSC)和cao - mg - sio2 - co2 (CMSC)系统在较低的地幔压力下，旨在测试脱碳和金刚石形成反应。Sub-solidus相关系基于合成实验报告的压力范围∼35到90 GPa，1600 - 2200 K的温度。由碳酸盐和二氧化硅混合物组成的三元体组成，使脱碳反应产生非三元相(如bridgmanite, Ca-perovskite, diamond, CO2-V)，并用同步x射线衍射和微拉曼光谱识别反应产物的外观。发现碳酸盐阶段这两个系统与硅反应形成bridgmanite±Ca-perovskite +二氧化碳压力的范围∼40到70 GPa和1600到1900 K存在脱二氧化碳反应。

研究结果表明，脱二氧化碳反应形成一种难以逾越的障碍俯冲碳酸盐，海洋地壳在地幔深度大于∼1500公里。还鉴定了碳酸盐和CO2-V离解反应，它们形成了钻石和氧气。根据所观察到的脱碳反应，研究人员预测，大洋地壳中碳酸盐俯冲到下地幔深部的最终命运是以难熔金刚石形式沿板块地热在下地幔最深处形成，并沿地幔地热贯穿下地幔。由亚固态脱碳在海洋地壳中行成的金刚石是难处理、不流动的，可以长时间地储存在地幔底部，有可能以与地幔深部羽流有关的OIB岩浆形式返回地表。

博科园-科学科普｜研究/来自: 布里斯托大学

参考期刊文献:《地球与行星科学快报》

DOI: 101016/jepsl201901041

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钻石的准确由来至今仍是个谜。数亿年前钻石成形于地球深处的高温高压中，直到2400 多年前，印度首次发现和开采钻石。 随着时间的推移，钻石在世界许多其他地区被发现。如今，非洲、俄罗斯、澳大利亚和加拿大生产的钻石最多，现如今俄罗斯已是世界上最大的钻石原石出口国。

在人们的珠宝奢侈品中，钻石是指抛光钻石，也是爱情和忠诚的象征。人们对钻石形成的原因很好奇。我来给你详细解释一下钻石是怎么形成的。钻石形成的原因钻石的结构特征:钻石由碳元素组成，是碳元素的一种晶体，硬度为10。它是自然界中最坚硬的天然矿物，密度为3。53(001)克/立方厘米，折射率为2。417，离散度为0。044它是钻石经过切割、研磨后的产物，在钻石矿物中约有五分之一可以达到宝石级，被称为宝石级钻石，在国外被称为“毛坯钻石”或“钻坯”。毛坯切割打磨成切割形状后，称为裸钻，国外称为成品钻或抛光钻。英文名Diamond来源于希腊语amount，意思是“坚硬、不可侵犯、不可战胜”。金刚石和石墨都是由碳组成的。金刚石和石墨是在不同的温度和压力条件下形成的，它们在温度和压力条件的变化下可以相互转化。钻石属于立方晶体，硬度为10，石墨属于六方晶体，硬度为1。它们具有不同的晶体结构，并且是结晶碳的两种同质多晶型物。只有在一定的压力和温度下，碳才能结晶成金刚石。钻石的形成:最早的天然钻石形成于地球内部，温度为900-1600℃，压力为(45-6)×109Pa，相当于地下130-200km的深度。理论上，只要满足条件，钻石随时都可以形成。目前开采的钻石大多形成于33亿年前和12-17亿年前。形成钻石的碳来自地幔中熔化的岩浆，或者是因为地壳的运动。地壳中的碳带聚集在地球深处，在合适的条件下结晶成钻石。还有一种外在的方式产生钻石。陨石撞击大陆时，瞬间产生的高温高压也可能产生钻石。但这种方式生产的钻石往往比较小，质量差，一般没有经济价值，不能作为珠宝加工的钻石。钻石的发现:钻石首先在印度被发现。随着人们对钻石的渴望，钻石的勘探和开采越来越受欢迎。金刚石矿床分为原生矿和次生矿。原生矿石是由地球的地质运动产生的。地震和火山活动将富含金刚石的矿物带到地表或地表附近的区域，其中大部分是富含金刚石的金伯利岩和煌斑岩，以及火山口附近的填充物和岩壁和基岩中的根部沉积物。在自然的作用下，次生矿石由原生矿石搬运沉积而成。大部分经风化和雨水冲刷，残留在山坡、河流和海岸形成矿床，多为砂矿。钻石的形成和发现过程大致是这样的，不像黄金等贵金属。21世纪以来，钻石价格一直保持稳定增长的趋势，逐渐成为投资者的首选。钻石的鉴定方法简单识别钻石的简单鉴别方法:需要10-20倍的放大镜辅助，做几个简单的观察。观察钻石的腰部。腰部用沙子磨的话最好用这个方法。因为钻石比任何仿制品都硬，不会有仿制品那样的细线。钻石的腰部是颗粒状的。钻石比仿制品坚硬，仿制品的刻面往往比钻石钝，但钻石的刻面一定要锋利。因为钻石比仿制品坚硬，仿制品的刻面边缘经常磨损。如果钻石有自然表面，就有机会在自然表面找到钻石独特的“三角形生长线”。如果一颗钻石破碎，它的外观通常是阶梯状的，而仿制品是弯曲的或贝壳状的。硬度检查钻石是已知最坚硬的天然物质，没有任何东西可以标记它们。如果可以，那就不是钻石了。热传导试验呼吸的同时对钻石和其他类似的项目进行辩论。如果是钻石，其表面凝结的水雾应该比其他物品上的水雾蒸发得快。这是因为钻石的导热性很高。观察法反射光用放大镜可以观察到钻石的腰部呈现非常精细的磨砂状，反射光闪闪发光。钻石的这一特性是独一无二的。看生长点在放大镜下观察，真钻的晶面上往往有凹槽和三角形生长点，而假货有三种:①普通玻璃加氧化铝，因折射率和色散增加，容易误入，但硬度较低。②由化学合成的蓝宝石和无色尖晶石仿制，硬度相近，但折射率低且有双折射现象，放大镜下可见重影。铅笔标识铅笔的化学成分是碳，就像钻石一样，只是物理结构不同，所以很多人用一支铅笔来检测钻石的真伪，这是比较实用有效的方法。鉴定时，他们要先用水打湿钻石，然后用铅笔轻轻划线。在真钻石的晶面上，铅笔划到的地方是没有痕迹的，而如果不是钻石，而是玻璃、水晶等材料，就会在表面留下痕迹。一般会用铅笔标注，以鉴别钻石的真伪。这个它硬度高，折射性好，但是旋转时会反射更多的彩色光，和正品旋转时只反射微弱的**和蓝色光有明显区别。钻石切割程序一颗钻石毛坯看起来不起眼，必须经过精心的切割、打磨、加工，才能成为我们习以为常的闪亮钻石。所以钻石的车削直接影响钻石的价值，下面详细介绍。当然，理想的切割效果是保持钻石的最大重量，最大限度减少瑕疵，充分展示钻石的美，使其熠熠生辉。一般切割过程包括以下步骤:1划线(Marking):这是钻石切工的第一步。首先，检查钻坯，在钻石表面做标记。做这项工作的人经验丰富，精通加工技术。最终目标是生产出最大、最干净、最完美的钻石，从而尽可能高的体现钻石的价值。抄写员必须注意两点:保持最大重量，尽量减少夹杂物。划线员用放大镜研究钻坯的结构。如果是大钻石，这个工作可能需要几个月，而对于普通钻坯，则需要几分钟。但是，再小的钻石毛坯，每颗钻石都必须经过详细的检验，才能做出正确的判断。抄写员用印度墨水在钻坯上做了记号，表示钻坯要沿着这条线分。通常情况下，线尽可能沿着钻石的自然纹理方向画。裂开切割者将画好线的钻坯放在夹持器上，然后用另一颗钻石沿分割线切割出一个凹痕，再在凹痕上放一把方形刀，用手适当用力敲击。钻石会沿着纹理方向分裂成两块或更多块。锯切大部分钻石不适合劈开，需要用锯子切割。由于只有钻石才能切割钻石，所以锯片是磷青铜圆片，边缘涂有金刚石粉和润滑剂。钻石固定在夹具上，锯盘高速旋转切割钻石。将现代激光技术引入金刚石切割，大大提高了钻坯的加工效率。采取想要的形状锯好或劈好的钻石送到磨圆部进行磨圆整形，即根据设计要求，将钻石做成圆形、心形、椭圆形、尖形、祖母绿形等常见的切花形状，或其他特殊形状。由于钻石是迄今为止人类公认的最坚硬的天然物质，只有钻石才能打磨钻石，钻石的硬度在各个方向都略有不同。所以打磨的时候要靠经验来把握钻石的基本形态:三面体、八面体、十二面体和晶体特征。一般方法是在车床上高速转动钻坯，然后用另一只手臂上的金刚石把转动的钻坯磨圆。擦亮在涂有钻石粉和润滑油的铸铁圆盘上，所有的刻面(刻面)都被转动，使钻石闪闪发光。打磨工艺通常是，先在底层做8个大面，再做16个小面。有尖底，有25个刻面，从这些刻面延伸出三角刻面、风筝刻面、腰刻面，共33个刻面。这样的圆形钻石一共有58个刻面，如果没有尖底刻面，则有57个刻面。并不是每个钻坯都要经历以上所有的工序，这取决于钻坯的特性和要达到的目标。例如，上述“扁平”钻坯可能不需要分割，或者祖母绿钻石可能不需要倒圆。然而，对于任何一颗毛坯钻石来说，都有两个必不可少的过程，即“划线”、“削片”和抛光。一颗精雕细琢的钻石所产生的花瓣表面的位置和角度都是经过精确计算的，这使得钻石最闪耀。随着科技的进步，激光技术和计算机技术的引入，可以使钻坯的设计和切割更加精确。钻石的化学成分钻石的化学成分是碳，碳是宝石中唯一的单一元素，属于等轴晶系。它往往含有005%-02%的杂质元素，其中最重要的是N和B，它们的存在与钻石的种类和性质有关。大多数晶体是八面体、菱形十二面体、四面体及其集合体。纯钻无色透明，因微量元素的混合而呈现不同的颜色。强烈的钻石光泽。折射率为2417，色散适中，为0044。各向同性物体。热导率为035卡/厘米/秒/度。用热导仪测试，反应最灵敏。硬度为10，是目前已知最硬的矿物。其绝对硬度是应时的1000倍，刚玉的150倍。它害怕重重的一击，重重的一击之后就会被劈碎。一组完全裂开。密度为352克/立方厘米。钻石是会发光的，当暴露在阳光下时，它们在夜间会发出淡淡的青色磷光。x射线照射会发出天蓝色的荧光。钻石的化学性质非常稳定，在常温下不容易溶于酸和碱，酸碱也不会对其产生作用。钻石与同类宝石和人造钻石的区别。宝石市场常见的替代品或赝品有无色宝石、无色尖晶石、立方氧化锆、钛酸锶、钇铝石榴石、钇镓石榴石、人造金红石等。人造钻石最早由日本在1955年研制成功，但没有批量生产。因为合成钻石比天然钻石贵，所以合成钻石在市场上很少见。钻石可以通过其独特的硬度、密度、色散和折射率来区别于类似的宝石。如类金刚石立方氧化锆无色，分散性强(0060)，光泽强，密度高，为58g/cm3，手感厚重。钇石榴石的分散性较软，肉眼很难与钻石区分。看看钻石是如何形成的，看看:1金矿是怎么形成的？2月光石是如何形成的？3雷电是如何形成的？4泻湖是如何形成的？5贝壳的珍珠是如何形成的？