蓝钻的起源-蓝色钻石来自哪里?

作者:佚名来源:GIA2018.10.01

   GIA高级研究员结合卡内基科学研究所对蓝色钻石的起源做出惊人的发现:“蓝色钻石起源于惊人的“超深层”,与远古海洋层有。”并在《自然》杂志中发表的文章

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图 1:含有一种称作铁方镁石深色内含物的含硼蓝色钻石,作为此项研究的一部分进行了检测。这颗宝石重 0.03 克拉。摄影:Evan M. Smith(埃文·M.·史密斯)。

   IIb 型钻石是一种非常稀有的钻石,其晶体结构中含有硼,赋予宝石迷人的蓝色。著名的 Hope Diamond(霍普钻)就是这种蓝色钻石的完美例子。IIb 型钻石一直是一个地质谜团,但是《自然》杂志 2018 年 8 月 2 日刊中发表的新研究发现,它们是“超深层”钻石,意思是它们在地下结晶的地方要比其它钻石深得多。值得注意的是,这些蓝色宝石所含的硼原子可能起源于远古海洋层。

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图 2:蓝色钻石原石,每颗重量在 0.7 至 3 克拉之间。检验这样的原石样品,也许是看到内含物的绝好机会,因为为了优化刻面宝石的外观,内含物通常会被巧妙地切磨掉。摄影:Evan M. Smith(埃文·M.·史密斯)。

   硼是一种富集在地球表面的元素。但是在钻石生长的地幔中,硼的浓度极低。因此,IIb 型钻石的硼含量出乎意料,也难以解释。数十年来,科学家们都深深着迷于蓝色钻石,但这些宝石的高价值和稀有性,以及它们几乎没有矿物内含物,使其成为研究的主要难题。

   在这项研究之前,IIb 型钻石中还从未发现过矿物内含物。然而,经过两年对提交给 GIA 的钻石进行系统筛选后,有可能在 46 颗 IIb 型钻石中发现并检测到内含物。通过研究内含物(钻石结晶过程中渗入的矿物小块),研究团队可以推断出钻石生长的母岩和深度。这些内含物中的矿物只有在地球深处极高的压力下才会发现,从而得出结论,IIb 型钻石形成的深度至少在过渡带(深 410 至 660 公里)处,并延伸至下地幔(超过 660 公里)。相比形成于深度约为 150-200 公里古老而深厚的大陆基部的那些钻石,这种钻石的形成深度大约是它们的四倍。

   从内含物中还可以看出,在这样的深度,钻石在海洋地壳中生成,通过俯冲像传送带一样传送至下地幔。与俯冲大洋岩石圈的连接表明,IIb 型钻石中的蓝色成因,硼,可能是从地表上沉积下来的。

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图 3:一颗 0.21 克拉蓝色钻石中的硅酸钙内含物,视野宽度 1.42 毫米。这种内含物证明,钻石生长在地幔极深处。摄影:Evan M. Smith(埃文·M.·史密斯)。

   当海水渗入海底时,会引起化学反应,让硼沉积在大洋岩石圈中。这项新研究提出了一个模型,据此说明一些硼被水合(含水)矿物俯冲至下地幔。在这个深度,升高的温度和压力会破坏水合矿物,然后释放出富含硼的液体,从而促使钻石生长。在 Smith(史密斯)和他的同事检测的蓝色钻石中,很多内含物同时存在有甲烷和氢气,薄薄的一层包围着固体矿物,为钻石在这种富含硼的液体中生长提供了证据。

   这项新研究不仅揭示了 IIb 型钻石是迄今为止发现的最深的钻石之一,还表明了硼,甚至是水可以通过俯冲过程从海洋深处带入地幔。这是我们对地幔地球化学和板块构造过程的理解的关键观察结果。

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《自然》杂志 2018 年 8 月刊登的封面文章“深蓝色”介绍了 Evan M. Smith(埃文·M.·史密斯)对 IIb 型蓝色钻石的研究,这类钻石因硼通过海洋构造板块运动被带到地球下地幔而形成。图片由《自然》杂志友情提供。

   直到最近,人们仍普遍认为超深层钻石总是很小,而且不具备宝石品质。目前的发现推翻了这一观点,蓝色含硼钻石属于超深层钻石,此外,2016 年的发现表明,相对更大、更纯的 (CLIPPIR) 钻石也属于超深层钻石。因此,世界上许多最为昂贵、最为闪耀的钻石也都是超深层钻石,使它们成为我们脚下几百公里深处对流地幔中宝贵的实体样本。

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