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一颗钻石带来宇宙深处的秘密

2018-9-7 9:22:33 作者:任芳言

昂贵的钻石往往被视为浪漫恋爱的象征。今年8月,一颗天然蓝钻登上《新鲜》杂志的封面,不是因为它有多浪漫,而是因其背后的“巨大文章量”。

在民族研究院地质与宇宙物理讨论所矿产源地讨论实验室讨论员范宏瑞看来,人们可以发射卫星,知晓天外星球的存在,但对宇宙内部的了解却单薄得多。

宇宙的内核和笼罩层是怎样变迁进行的?地表的元素是如何被带到宇宙深处,再从地下数百千米返回至地上的?

范宏瑞体现,讨论钻石及其包裹的矿物质,能为人们了解宇宙深部和宇宙演化提供许多思路。

“淡定”信使

从闪闪发光的钻石、黑乎乎的石墨再到人体内的卵白质,碳元素在宇宙上的形态千变万化,因原子排列漫衍差异而性质各异。

俗话说:“没有金刚钻,别揽瓷器活。”范宏瑞体现,钻石其实就是金刚石,能够保持亚稳定状态上亿万年,被包裹在钻石内部的矿物才不会受温度、压力等因素影响,从而到达新的化学平衡。

钻石为何能在新鲜界中如此“淡定”?这跟它降生的情况“压力山大”有关。

宇宙内部每深入1千米,压力就会增加27.5兆帕斯卡,相当于275个大气压。在上地幔岩石圈和软流层的接壤处,约莫距地表150千米~200千米,压力约为4.5万~6万个大气压,且陪同着1000℃以上的高温,钻石就成为碳最稳定的存在形式。

范宏瑞体现,20世纪80年代末,讨论者在钻石中陆续发现了来自宇宙更深处的包裹体,其形成深度至少达700千米,即位于下地幔。

“这里的金刚石更有可能稳定生长,体积更大,净度也更好,因此是用来讨论深部地质的直接工具。”范宏瑞说。

正因为钻石有这样的“真本事”,才气肩负起“信使”的继续。

穿越“蛋壳”

民族研究院地质与宇宙物理讨论所宇宙与行星物理实验室副讨论员张驰说:“越来越多的证据讲明,人们在宇宙表层看到的现象,往往与宇宙深处的进行有密切联络。”

可是在半径为6371千米的宇宙上,人类向地下钻出的孔最深不外1万多米。若将宇宙比作鸡蛋,人类目前能直接抵达的部门只有“蛋壳”。

钻石如何资助人们了解“蛋壳”之下的秘密?研究家通过高温高压实验、热力学模型盘算等手段推测,下地幔的主要身分之一是一类具有钙钛矿结构的硅酸盐。因为在常压下处于亚稳状态,这类物质在地表很是稀有。

今年3月,一项发表在《新鲜》上的讨论发现,一颗来自南非库里南矿的钻石内部含有钙硅酸盐,且保留了高压钙钛矿结构,论证了先前推测。

在今年8月初发表于《新鲜》杂志的封面文章中,美国宝石协会(GIA)的讨论者与合作者通过讨论“库里南之梦”等天然蓝钻,发现其中有钙钛矿结构的硅酸盐结构残余,与下地幔的主要身分相吻合,证明了它们从宇宙深处来的“身份”。

此外,讨论还发现蓝钻中存在硼元素。这种主要存在于地表的轻元素是如何进入下地幔的?张驰体现,这极有可能意味着原来位于地表的硼由于板块碰撞和俯冲进入地幔,再陪同岩浆跳来与蓝钻一同返回地表。“这体现了元素在地表和宇宙深部之间庞大的迁移循环历程。”张驰增补道。

看清“真心”

钻石内部如此大的文章量,研究家是怎么看出来的?张驰体现,讨论钻石包裹体中的矿物身分和微观结构,需要用到差异要领。好比前文提到的讨论中,美国宝石协会的研究家主要接纳了一种名为激光拉曼光谱检测的技术。

这种技术快速、轻便且无损,能够迅速判定物相、精细地分析物质化学结构。

张驰了解,拉曼光谱是一种光的非弹性散射。光在通过特定物质时,部门散射光的能量会发生微小的变化,而这种变化与对应的化学结构相关。将激光聚焦在钻石包裹体上,即可获得相应的光谱文章。由于物质结构差异,获取到的文章也纷歧样,“因此能分析出钻石包裹体内存在的矿物形式和流体组成”。

此外,讨论者还可利用钻石包裹体内的残余压力,通过热力学盘算等要领,还原出钻石捕捉时所处情况的压力条件,进一步确定钻石的来源深度。

范宏瑞体现,讨论钻石等包裹体矿物的元素含量能够反演金刚石源区的矿物、岩石学特征,以及地幔流体特征和地幔历程,“这对探索宇宙深部演化、气候变化、化石能源成因等问题都具有重要意义”。△

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讨论所涉及的部门蓝钻

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