科学家发现非洲钻石中隐藏着地球深处十多亿年历史

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钻石有时被描述为来自地球深处的信使,科学家们仔细研究它们,但是这些信息往往很难读懂。现在,一个团队已经想出了一个办法来解决两个长期存在的难题:单个含流体的钻石年龄,以及其母体材料的化学成分。



这项研究使他们能够勾勒出10多亿年前的地质事件,这不仅是钻石研究的一个潜在突破,也是行星进化的一个潜在突破。宝石级的钻石是几乎纯正的碳格子。这种元素的纯度使它们具有光泽,但也意味着它们包含其年龄和起源信息很少。然而,一些低级别钻石以微小液体袋形式隐藏着缺陷,这是晶体演变过程中更复杂流体的残留物。通过分析这些液体,科学家现在找出了不同钻石形成时间,以及它们周围不断变化的化学条件。

这项研究为一些真正大问题打开了一扇窗,甚至是一扇门,让科学家第一次级可以得到这些流体的可靠年龄。这项研究本周发表在《自然通讯》杂志上。大多数钻石被认为是在地表下约150至200公里处形成的,在大陆下面相对冷的岩石块中。这个过程可能可以追溯到35亿年前,并且可能持续到今天。偶尔,它们会被称为金伯利岩的强大深层火山喷发带上去。目前,已知最年轻的金伯利岩矿床有几千万年历史。

该小组研究的10颗钻石来自南非金伯利地区的德比尔斯公司所建立的矿场。这些看起来很脏的标本,其中含有固体或液体杂质,使它们失去了作为珠宝资格,但却带有潜在宝贵的化学信息。到目前为止,大多数研究人员都集中在固体内含物上,如微小的石榴石,以确定钻石年龄。但是,固体内含物所显示的年龄可能是有争议的,因为内含物可能与钻石本身在同一时间形成,也可能不是。另一方面,封装的液体是真正的东西,是钻石本身形成的东西。



科学家所做的是找到一种方法来确定流体年龄。他们通过测量放射性钍和铀的痕迹,以及它们与氦-4的比率来做到这一点。科学家们还算出了灵活的小氦分子能够从钻石中泄漏出来的最大速度。事实证明,钻石非常善于容纳氦气。该小组确定了钻石形成的三个不同时期。这些时期都发生在独立的岩体中,最终凝聚成今天的非洲。

最古老时期发生在26亿年至7亿年前。那时候流体包裹体显示出一种独特成分,是极其丰富的碳酸盐矿物。这一时期也恰好是地表上巨大山脉的堆积期,这时候的钻石显然是由岩石碰撞和挤压而形成。研究人员说,这些碰撞可能与下面富含碳酸盐液体产生有关,尽管具体如何产生还不清楚。

下一个钻石形成阶段可能跨越了5.5亿至3亿年前的时间范围,因为原非洲大陆继续重新排列。在这个时候,液体内含物显示,液体中含有大量的硅矿物质,表明地下条件发生了变化。这一时期也与另一个主要的造山事件相吻合。

最近的一个已知阶段发生在1.3亿年前和8500万年前。同样,流体组成发生了变化。现在,它含有大量含钠和钾的盐类化合物。这表明,形成这些钻石的碳不是直接来自地球深处,而是来自被俯冲作用拖到大陆块下面的洋底。这种想法,即一些钻石的碳可能是从地表回收的,曾经被认为是不可能的,但是科学家们最近的研究增加了它的可能性。


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