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鉆石的礦物學名稱為金剛石,由碳元素組成,莫氏硬度為10,是自然界中最堅硬的天然礦物。鉆石的形成需要非常極端地質的條件:地表以下150-200千米的地幔深處,承受5-7萬個大氣壓的壓強以及高達1100℃-1500℃的環境,才能形成如此堅硬的礦物。正是因為這樣的地質環境,才讓鉆石變成一把解密鑰匙來研究地球的地質環境。
金剛石的礦床成因分為原生成因和次生成因。在目前的研究下,只有金伯利巖和鉀鎂煌斑巖以及這兩種類型巖石形成的次生砂巖中的金剛石才能達到寶石級鉆石。哥倫比亞大學的Yaakov Weiss團隊在Nature Communications ——自然科學期刊上發表文章,發現鉆石中隱藏著地球深處幾十億年的歷史信息。Yaakov Weiss團隊通過測量液態包裹體雜質中放射性釷和鈾的豐度,以及它們發生α衰變時產生氦的濃度,并考察了(U-Th)/He 比率和鉆石中氮聚集體之間的密切關系。考慮到的氦可能發生擴散會影響4He/3He 比率隨時間變化的關系,和當地Kaapvaal 克拉通(穩定地塊)地熱和構造史,給出了鉆石中氦的最大擴散率D≈1.8 × 10-19 cm2 s-1,從而得到了三個鉆石形成年代的上下限,與之對應的是Kaapvaal巖石圈西南部的三個變更事件,每個事件都由不同的流體介質引起。這些時期都發生在獨立的巖體中,最終凝聚在今天的非洲大陸。
最古老的時期發生在距今26億年至7億年前的元古代。那時候液態包裹體顯示出獨特的碳酸鹽礦物。這一時期也恰好是地表上巨大山脈的堆積期,這時候的鉆石顯然是由巖石碰撞和擠壓而形成。研究人員說,這些碰撞可能與地層中富含碳酸鹽液體的產生有關。而具體的產生方式則被上文Steven Shirey團隊闡述清楚。
第二個鉆石形成階段則位于跨越了距今5.5億至3億年前的古生代,此時原非洲大陸繼續重新排列。這類鉆石的液體內含物顯示有大量的硅礦物質,表明地下條件發生了變化。
而離我們最近的一個已知階段發生在距今1.3億年前和距今8500萬年前,即白堊紀。這個階段含有大量含鈉和鉀的高鹽度流體。這表明,形成這些鉆石的碳不是直接來自地球深處,而是來自被俯沖作用拖到大陸塊下面的洋底。研究人員表示,正是在這個最新時期的末尾,金伯利巖的巨大噴發將所有這些鉆石帶到了地表,而這個礦床最終成為南非的戴比爾斯鉆石礦。
鉆石不只是財富,它承載著地球深處物質循環的信息,記載著板塊運動的步伐,訴說著地球不為人知的洪荒往事。它將繼續作為鑰匙幫助我們打開地球地質歷史的大門。
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