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撇開女孩和其他人不說，鑽石可以是地質學家最好的朋友——尤其是當那位地質學家擁有一臺質譜儀，並且正在尋找關於數十億年前地球樣貌的線索時。
這些珍貴的岩石偶爾會包含數十億年前形成過程中捕獲在內部的雜質。藉助合適的工具，科學家可以挖掘這些痕跡，獲取日期細節和化學成分，從而罕見地瞭解早期地球的情況。在一項新的分析中，一對研究人員正在從小小的顆粒——硫化物和矽酸鹽——中提出現代板塊構造迴圈開始的日期：30億年前。
這些鑽石在古代地幔深處強烈的壓力下形成，偶爾會透過火山噴發噴到地表。這些有瑕疵的鑽石內部攜帶的貨物從大約30億年前開始看起來有所不同，其中包含一種岩石——榴輝巖的痕跡，這種岩石在玄武岩的淺層熔融中更為常見。研究人員在7月22日發表在《科學》雜誌一篇論文中指出，這種情況很可能發生在厚厚的、移動的大陸（如我們今天所擁有的那些大陸）出現期間。
華盛頓卡內基科學研究所地球磁學部和這項新研究的合著者史蒂文·希雷說，透過從這些稀有礦物中收集到的微小岩石碎片，“我們看到了板塊俯衝主要時期的開始，這從根本上說是不同的。”
鑽石是為了……數十億年
在地球動態的歷史中，精確的日期可能很難獲得——尤其是當它們可能追溯到數十億年前時。
希雷說，為了收集粗略的日期，“我們一直都有來自地表的岩石記錄”。但大陸和海底正處於透過風化作用和板塊構造不斷迴圈的狀態，幾乎沒有地塊能免受時間力量的影響。
然而，確實存在一些極其古老的大陸地塊。這些地塊被稱為克拉通，具有深入地幔的根，可以到達地表以下約200公里處。它們包含鑽石，這些鑽石是在數十億年前由地下高壓形成的，但在那裡相對較低的溫度下得到了保護。
在地球存在的最初一半時間裡，地球表面更像是一個流體場所，地殼碎片從上升的熱地幔中在各處形成。但在某個時候，隨著地球冷卻，更大的地塊開始形成，我們今天所知的超大陸和板塊構造迴圈開始了。
希雷說：“關鍵問題之一是：我們能將當前對塑造地球表面的過程的認識延伸到多遠？”
南加州大學地球科學教授約翰·普拉特沒有參與這項新研究，他說，從外部來看，有人提議使用稀有鑽石中捕獲的微小化合物碎片“來得出關於整個地球在30億年前如何運轉的結論，這聽起來有點厚顏無恥”。“但你沒有太多其他可以做的事情，”鑽石非常堅硬，這使得它們成為嘗試這種看似荒謬的年代測定嘗試的“非常可靠”的樣本。
解剖鑽石
基於鑽石的研究可能是一項艱鉅的任務。“金錢在這裡很重要，”希雷說。他和他的合著者，開普敦大學地質科學系的斯蒂芬·理查森，他們多年來一直在研究鑽石內含物，他們必須購買鑽石——通常在1/2到1克拉之間——或者指望鑽石經銷商捐贈它們，“所以我們對我們得到的東西沒有完全的控制權，”希雷指出。
雖然在市場上可能很難找到完美無瑕的鑽石，但對於地質分析有用的那種內含物，可能更加罕見。例如，為了收集10顆值得研究的鑽石，“我們花了戴比爾斯公司整整三年的時間才把這些鑽石留出來，”希雷說。對於這篇新論文，他和理查森回顧了過去25年來發表的關於約100個硫化物內含物和4000多個矽酸鹽內含物的分析。
一些內含物可以用肉眼看到，例如史密森尼學會80克拉奧本海默黃色鑽石正中心的一個內含物。但是，註定要進入希雷和理查森實驗室的鑽石並沒有毫髮無損地出現。在使用掃描電子顯微鏡驗證內含物後，研究人員必須用雷射切入鑽石，並提取微小的顆粒，以便透過質譜儀進行分析。該團隊比較了錸-鋨和釤-釹放射性定年法對樣品的結果，以得出礦物何時被鎖定在鑽石內部的估計值。這有助於科學家弄清楚岩石成分和地質變化何時開始發生。
科學分歧
新資料與許多研究人員根據其他岩石和化學證據對地球中期歷史的動態變化的看法非常吻合：大約在30億年前發生了一次重大轉變。作為跳板，像希雷和理查森這樣的科學家正在根據我們對今天地球如何運作的瞭解，在過去尋找線索。
但是，普拉特說，“30億年前，我們的地球可能從根本上是不同的，我們根本沒有足夠的資料或想象力”來構想它。他指出，“即使它們與我們今天的過程不符，你仍然可能擁有在一個活躍星球上發生的過程。”他認為，大約30億年前出現在鑽石中的榴輝巖痕跡並不一定意味著更現代的超大陸迴圈（也稱為威爾遜迴圈）必須在那個時候開始。他指出，已知榴輝巖在地下約80公里處結晶，不一定需要威爾遜迴圈中涉及的更深俯衝。
加州理工學院地質和行星科學學部榮譽退休教授唐·安德森同意，僅憑發現榴輝巖可能不足以表明完全成熟的大陸板塊的出現。“真正的板塊構造可能開始得更晚，”他說。
儘管如此，普拉特說，希雷和理查森的方法看起來是合理的：“這仍然是非常有趣的資料，它顯然確實意味著一些東西。”即使普拉特不準備完全接受新論文中提出的前提，但目前，他說，“我無法提出更好的一個。”
深層答案
希雷現在正將注意力轉向尋找來自地球其他地區的鑽石，以瞭解它們的內含物與他和理查森已經發現的內含物有何比較。辛巴威克拉通是一個古老的構造，引起了人們的興趣，因為“它看起來與”其他克拉通（如澳大利亞（皮爾巴拉）或南非（卡普瓦爾））“以不同的方式形成”。
另一個前沿領域是地球深處本身。儘管如此，希雷說，“很難深入地幔”，在那裡可能潛藏著關於早期地質動力學的線索。“我們認為鑽石一直在地幔中形成。它們只是從未上升到地表，因為正在發生反應，它們被重新吸收了。”
希雷說，所謂的深地幔地球動力學是“一個全新的研究領域”。在大陸下方潛伏著岩石圈，它位於地表以下約220至225公里處，透過過渡帶（深400-700公里）與地幔隔開。即使是地幔的上部也位於地表以下約700至1000公里處——地球的這一部分通常是固態的，但具有導電性。來自該深度的任何完整岩石對於地質學家來說都將是一座名副其實的金礦。“如果我們能獲得礦物——就像我們可以獲得鑽石一樣——這些礦物還沒有發生反應，那就更好了，”希雷說。“它們晶格中攜帶的任何東西都將是凍結的資訊。”這些資訊可能有助於增進對地球最早大陸的科學理解——以及，正如普拉特指出的那樣，對系外行星的地質學理解。