钻石——深埋海底的璀璨之石 黑龙江新闻网 黑龙江日报客户端

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2018-11-06

(本文由黑龙江省科协与黑龙江日报客户端联合发布)钻石的成分是碳,一种随处可及的元素,却具有近乎超自然的特性,代表了华贵、感性和坚强。

而当我们想到碳元素的时候,更有可能进入脑海中是木炭、柔软、乌黑、没有光泽、像土一样、重量很轻。

木炭也是由碳元素组成的,但是并不像钻石一样经受过高压。

当碳原子经受超过40千巴压强(等于40000倍的地球大气压)的时候,我们能够清楚地看到碳原子的晶格排列如何优美地重组,形成钻石。

这样的条件只在距离地面120公里深的地下才能实现。

有些钻石来自深得多的地底——地表下650公里(大约相当于北京到青岛的距离)。

在这些钻石中的微量杂质可以告诉我们在地球看不见的地质层以下到底发生了什么。 与低压形式的碳,比如木炭或石墨相反,钻石中的碳原子彼此共同形成坚固的三维网络结构。 这也就造就了钻石独特的物理性质:透明、坚硬、密度极高、无色晶体结构。 钻石发出闪亮光芒的原因是它具有非常高的折射率。

这意味着光在晶体内部被“捕获”并从内部的表面再一次被反射出去。 宝石工匠制作的切面将这种特性又着重进行了突出。

钻石的开采尽管钻石作为珍贵宝石的历史已久,但是直到18世纪早期,基本上所有流通的钻石都来自于印度的河沙砾(被称为“冲积矿床”)。 随后,在18世纪上半叶在巴西发现了钻石,从1866年开始在南非开采钻石。 也就是从那时起,首次发现了作为钻石的主要来源的被称为“金伯利岩”的来自于猛烈喷发的火山的岩石。 这一发现从根本上改变了钻石的勘探和开采,并且很快使得产量急速增长。 同时,钻石也在此时拥有了来自于现代珠宝工业的大量需求。

长久以来,向市场供应的钻石被少数几个主要的生产商所垄断,比如来自南非和博茨瓦纳的戴比尔斯(DeBeers),来自俄罗斯的埃罗莎(AlRosa),拥有澳大利亚阿盖尔矿和加拿大矿产的力拓(RioTinto)和拥有博茨瓦纳卡伦温矿的卢卡拉钻石公司(Lucara)。 钻石的价值与其他的矿产,比如铜、金、石油或煤炭不同,钻石不是现货市场。 它的价值是多变并且具有很强的主观性,通常根据所谓的“4C”体系对其进行估价,“4C”代表色泽(colour)、净度(clarity)、切工(cut)和克拉重量(carat,5克拉=1克)。

每克拉未经加工的钻石的价值通常在10美元到3000美元间波动。

此外非常巨大(或者是具有历史价值)的宝石质量的钻石价格可能比这个价格又多几个数量级。 克拉的蓝钻石“希望(HopeDiamond)”,可以说是历史上最著名的钻石之一,估价超过2亿美元。

它不断被转卖的历史从17世纪的印度就已经开始了。 其他一些近代的以极高价格成交的钻石包括粉色之星(PinkStar,克拉,成交价格7100万美元),奥本海默之蓝(OppenheimerBlue,克拉,成交价格5750万美元)。 最近在博茨瓦纳出售的最大的未经加工的1109克拉的钻石原石“LesediLaRona”,最后以5300万美元成交。 有色钻石的形成许多钻石中会包含其他矿物,这些矿物来自于产生钻石的深层地底。 这些矿物给地理学家们提供了非常丰富的信息。 比如说,钻石中包裹的橄榄石、辉石和石榴石告诉我们它们的寄主钻石来自于约120千米至300千米的地底,也就是被称为地球次大陆岩石圈地幔的地层中。

这一地层是地球大陆板块的一部分,它位于被称为“克拉通(cratons)”的地球最古老的大陆壳区域以下。

克拉通具有长达40亿年的历史,它包括澳大利亚的皮尔巴拉、南非的卡帕瓦、加拿大的大奴湖和俄罗斯的西伯利亚克拉通。

虽然大多数钻石来自于次大陆岩石圈地幔,但是有些钻石却可能产生自更深得多的地壳深处。

这种钻石被称为次岩石圈钻石,根据其中含有的矿物包裹物分析,这些钻石来自于深度超过650千米的压强大得多的地底。

最近有一项研究对“希望蓝钻”这类的罕见的蓝钻石进行了分析。 研究人员发现,这种钻石中含有的矿物包裹物只有在深度超过660千米的具有极高压强的地底才能出现。

因为其中含有微量的硼元素,所以这种钻石才会呈现蓝色。 而为什么硼会出现在地幔深处则是另一个有趣的问题。

地球上的硼元素绝大多数集中在大陆壳的上部(深度小于20千米)和大洋的海水中。 它在地幔深处岩石中的含量通常是非常低的。

因此,硼一定是通过某种方式进入产生钻石的地层中。 上述方式是通过被称为“深俯冲”的过程完成的。

在这个过程中,厚度大约为100千米的海洋板块的边缘会发生下陷并且插入地幔深处。 这一过程会将硼和其他物质从地壳的浅层表面带入深度超过700千米的地底。

随后,金伯利岩的喷发将钻石重新带回地壳表面。 通过钻石勘察地壳深处除了上述的硼的例子以外,其他不同地点的钻石矿的证据也证明了地表表面的元素通过深俯冲过程被带入了地底深处。

通过观察南非库里南钻石矿(SouthAfricanCullinanmine)的钻石中不同的碳的形态和南澳大利亚钻石中矿物包裹物证实了上述观点。

钻石的价值在于它的美丽、坚硬和稀有,但是钻石也给我们提供了一个了解地球结构和历史的窗户。