钻石不仅仅是美丽、令人垂涎的宝石,它还蕴藏着另一种财富:地球深厚历史的碎片。
科学家们刚刚从矿物近乎完美的晶格内的缺陷中提取出我们星球过去长期隐藏的记录。
“我们喜欢那些没有人真正想要的东西,”说哥伦比亚大学的地球化学家 Yaakov Weiss 指出,充满杂质的钻石看起来不像珠宝所需的那样清晰和闪亮。
这些纤维状、看起来脏兮兮的宝石是微小的信息宝库所在,里面塞满了信息来自地球内部深处。完美钻石的碳结构不包含足够的放射性同位素来帮助研究人员确定其年代,但是微观夹杂物发现其缺陷即可。
这些缺陷会形成微小的口袋,可能会封装钻石所产生的化学物质。
“当钻石捕捉到某些东西后,从那一刻起直到几百万年后在我的实验室里,这种材料保持不变,”解释了Weiss 回顾 2015 年。“我们可以将钻石视为时间胶囊,视为来自我们无法以其他方式看待的地方的信使。”
有时这些胶囊含有其他固体,例如奇怪形式的冰, 通常难以获取的矿物来自我们世界的内部,甚至另一个世界钻石。这些可靠的信息可能很难解释,因为内含物可能是在不同的时间从它们现在所在的钻石囊形成的。
然而,钻石结构中的其他空腔捕获了曾经渗透到大陆岩石圈地幔的流体。地球的这一层是地球的最上层地幔(位于地壳和外核之间),地表以下 150 至 200 公里(90 至 120 英里)处,这里是钻石“诞生”的地方。
(Tumeggy/科学图片库/盖蒂图片社)
这里,极端来自上面所有岩石的热量和破碎压力可以迫使碳原子形成整齐有序的钻石结构。事实上,从上面渗出的流体提供了形成钻石的碳。
现在,一项新技术使研究人员能够最终确定在南部非洲发现的钻石中的流体的年代。
“这是我们第一次获得这些液体的可靠年龄,”说维斯.
研究中使用的钻石。 (雅科夫·韦斯)
钻石的结构似乎可以防止氦气泄漏,Weiss 和同事可以通过测量流体包裹体中的放射性原子与氦 4(原子衰变的产物)之间的比率来对这些岩石进行老化。
利用这种新方法,研究小组确定了地下岩体中钻石形成的三个不同时期,这些岩体最终挤压在一起形成了非洲地幔。随着时代的发展,形成钻石的液体也发生了变化,从富含碳酸盐到硅酮,最后变成盐水。
钻石形成的第一阶段发生在 26 亿至 7.5 亿年前的元古代,当时这些岩石碰撞形成了巨大的山脉。研究人员怀疑这些碰撞使富含碳酸盐的流体沉入地球深处,但具体如何下沉仍不得而知。
下一阶段也恰逢 540 至 3 亿年前的古生代时期的造山期,产生了富含硅内含物的钻石。到了这个阶段,未来的非洲斗篷已经开始形成。
然后,在 130 至 8500 万年前的白垩纪期间,流体变得富含盐分——这表明这些钻石是由曾经的海底形成的。它被拖到现在形成的非洲大陆下面俯冲,一个大陆板块在它们相遇的地方被迫低于另一个大陆板块。
然后,通过深入的火山活动,这些石头都被带到更接近地球表面的位置,例如金伯利岩8500 万年前的火山喷发,矿工最近在那里发现了它们。
“南部非洲是世界上研究得最好的地方之一,但我们很少能够看到过去那里发生的事情的间接迹象,”说哥伦比亚大学地球化学家科妮莉亚·克拉斯(Cornelia Class)解释说,这些微小的液滴是将地球深处的事件与地表事件联系起来的一种罕见方式。
值得注意的是,如今,数以百万计的工人依靠钻石开采作为收入来源,但他们的工作条件可能是残酷的,可能包括人口贩运和童工。这些矿井还污染了整个社区赖以生存的土壤和水道。
本研究中的钻石是从戴比尔斯公司获得的,它是世界上最大的两家钻石生产商之一,经常没有透露哪些地雷个别钻石来自。
因此,虽然钻石可以清楚地揭示我们的地质历史,但从地球上提取钻石的价格也可能非常高。
这项研究发表于自然通讯。