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西雅圖海鷹隊超級碗冠軍戒指上的 184 顆鑽石可以告訴我們一些關於地球內部的資訊。我們仍在研究這些珍貴、閃亮的岩石(它們實際上並非永恆)。以下是目前為止的故事
鑽石的形成只需要一些條件。首先,你需要碳。鑽石就是碳,對吧?化學式是 C。很簡單,對吧?我們上次瞭解到這些碳是如何形成的。但事實證明,這個簡單的故事有一些情節轉折。
目前的研究表明,可能不止一種碳參與了鑽石的形成。其中一些是原始的星塵物質(可能包括來自碳星的碳,這非常有趣)。超新星爆發的衝擊波中形成的碳原子、石墨顆粒和奈米鑽石與其他物質一起凝聚成地球。其中一些最終進入地幔,並且從未到達地表。這被稱為幼年碳,它以甲烷等碳氫化合物的形式存在。但我們懷疑還有另一種碳,它的經歷更加豐富。它可能曾經在地表,其中一些最終變成了生物物質(畢竟地球上的生命是碳基的!)。一些地表碳,鎖在各種沉積物、岩石和生物(如石灰石)形成的石頭中,搭上俯衝板塊的便車,最終被回收到地幔中。而這些碳有可能變成鑽石。
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唯一的問題是,您和海鷹隊的隊員們佩戴的鑽石戒指可能不包含以前是奧陶紀蛤蜊的碳原子——我們稍後會解釋原因。
所以,地幔中存在碳,但它還不是鑽石。這需要足夠的碳集中在一個地方,形成剛好過飽和的溶液,開始析出。你做過冰糖嗎?原理其實一樣,只是鑽石不需要繩子,只需要一個好的礦物晶種就可以開始生長,而深地幔中有很多這樣的晶種。有多深呢?我們說的是至少 140-190 公里(87-118 英里)深處。在這些深度,壓力約為 45-60 千巴。為了讓您瞭解這是多大的壓力,想象一下您站在地球海平面上,頭頂上方是整個大氣層。還不錯,對吧?現在想象一下再增加 44,999-59,999 個地球大氣壓。那真是太重了。
鑽石不僅需要那麼大的壓力,還需要合適的溫度——大約 900-1300°C(1650-2370°F)。據我們所知,地球上只有兩個地方存在這些條件。一個是在克拉通之下的上地幔中,克拉通是大陸板塊,在過去的十億多年裡一直保持穩定和可靠。沒有人比 Metageologist 描述得更好
[克拉通]就像家庭聚會上的曾祖母,當年輕的地殼在它們周圍興奮地移動時,它們靜靜地坐著,偶爾會評論一下它們年輕時的情況有多麼不同。
這可能會讓您認為滿足鑽石形成條件的另一個地方也像曾祖父一樣,但並非如此。更像是一個失散多年的曾侄孫,帶著一聲巨響闖入了家庭團聚。
然而,適合製作超級碗戒指的鑽石不太可能在瞬間形成。它們需要大約十億到三十多億年的時間才能從小顆粒長成閃亮的寶石。而且我們不確定現在這些種類的鑽石是否正在曾祖母克拉通之下忙碌地形成——我們最多隻能說它們肯定是在太古代和元古代形成的。而且這些小傢伙可能不是均勻分佈的。您知道地質學就是這樣:相當偶然。
好了,我們有了這些漂亮的鑽石晶體,都長大了。但它們不能在穿過地殼的過程中進行感傷的旅行,沿途停下來欣賞風景。如果運輸它們的岩漿中含有氧氣,在那些溫度和壓力下,這些美麗的堅硬、閃閃發光的透明碳岩石在到達礦井之前很久就會變成二氧化碳。意識到地球上最堅硬的物質之一,我們認為幾乎堅不可摧的東西,竟然如此脆弱,以至於它本不應該在沒有變成溫室氣體的過程中到達這裡,這有多麼奇怪?
鑽石需要快速穿過地幔到地表近兩百公里的距離才能生存。就像地球上只有兩種地方可以形成鑽石一樣,也只有兩種過程可以超高速地運輸它們。抓住扶手,親愛的們,因為接下來會非常爆炸性。
參考文獻:
Davies 等人 (2004):"加拿大阿爾伯塔省布法羅山 K14 和 K10 金伯利岩中鑽石的包裹體:羽流中的鑽石生長?" 岩石學報,第 77 卷,第 1-4 期,第 99-111 頁。
Kelley,S.P. 和 Wartho,J-A. (2000): "快速的金伯利岩上升和異巖金雲母中 Ar-Ar 年齡的重要性。" 科學,第 289 卷,第 5479 期,第 609-611 頁。
Mitchell,R.H. (1991): "金伯利岩和鉀鎂煌斑岩:鑽石的主要來源。" 加拿大地球科學,第 18 卷,第 1 期,第 1-6 頁。
Sparks 等人 (2006): "金伯利岩火山作用的動力學約束。" 火山學和地熱研究雜誌,第 155 卷,第 1-2 期,第 18-48 頁。