大钻石给科学家捎来地底的消息

Rae Ellen Bichell发表于 2016-12-29 18:16

大钻石加工时的下脚料，地质学家把它们拿来研究了一番。（图片来源：Evan Smith，Gemological Institute of America）

（译 / 芳斯塔芙）埃文·史密斯（Evan Smith）一心想要得到世界上最大的钻石——就是那种雄踞王者权杖之上，总在电影里被各路大盗心心念念的至宝。

不过史密斯可没怀着什么一夜暴富的邪念，一切都是为了科学。

“这种最珍贵最值钱的宝石，恰好也是最有科学价值的地球碎片。”来自美国宝石研究院（GIA）的钻石地质学家史密斯说道。

钻石在科学上的价值缘于它们来自地球深处，这是一个人类难以触及而知之甚少的地方。

鉴于其罕见的尺寸和品质，史密斯认为这些大钻石也许来自一些与众不同的地方，不过没人知道究竟是哪儿。

“曾经，这完全是个谜。”史密斯说道。

为了解开这个谜团，他需要将视野深入钻石内部，这些自深邃地底而来的晶体裹挟着细若发丝的碎屑，史密斯要看的就是这些碎屑。

这种大钻石会包裹着一些来自地球深处的金属屑，即图中钻石里的黑色小点。（图片来源：Jae Liao，Gemological Institute of America）

“真是再难求得比钻石更好的容器了，钻石就是极品特百惠。”史密斯感慨。（译者注：特百惠[Tupperware]是一个塑料保鲜容器的品牌。）

拿“极品特百惠”做广告词的订婚戒指怕是不太好卖，但对科学家来说，钻石那特百惠般的品质才是关键。它就像是地质学上的漂流瓶。

不过史密斯可不能随便简单地敲敲皇宫的大门，把皇冠上的珠宝要来砸开看看。

他转而让美国宝石研究院买下了八个指甲盖那么大的钻石块，这些都是在钻石原石切割加工成闪亮珠宝时产生的下脚料。

把这些钻石碾碎或切开之后，史密斯有时会用上诸如大型显微镜，激光束和电子束之类高大上的仪器来看看里面都有什么，不过也有些时候他会用到些比较接地气的设备，比如为了搞清楚钻石里面含不含铁，他用的是一块连在绳子上的磁铁。“连续盯着这些包裹体数小时，这样折腾几个月之后，你就会开始找替代工具了。”他打趣道。

结果，史密斯发现许多钻石块里都夹杂着少量含硅的石榴石，这意味着这些钻石是在很高的压力下形成的。他还发现了一些铁和镍，被包裹于看不见的甲烷流体之内。

一颗罕见钻石从数百英里深的地底下带来的一小包东西，只有罂粟籽大小。（图片来源：Evan Smith，Gemological Institute of America）

“这并不常见，我是第一次在包裹体周围看见甲烷。”他说。

当另外53颗钻石因需要质量分级而从研究院经手时，他用非破坏性的方法观察了一下，发现其中有38颗也包含着同样的不寻常物质。

按照史密斯及其同事在12月16日的《科学》期刊上所写，这些不寻常的零碎东西告诉了他两件重要的事情。

“第一，它们告诉我们这些质量上乘的大钻石起源于地球的极深处，”他说，距离我们脚下大概200到500英里。它们到我们脚的距离约相当于国际空间站到我们头顶的距离。而且，这个起源深度是大部分钻石诞生地深度的两倍之多。

“所以说它本身就够了不起的了。”史密斯感慨。

他学到的第二件事情是——这些钻石形成于小范围的缺氧液态金属之中。而这是第一次强有力地证明了地幔不是一锅由富氧岩石熬成的均匀的粥。

乍听起来这事好像也没什么大不了的，但事实上这可是个大新闻，耶鲁大学的矿物物理学家卡娜妮·李（Kanani Lee）如是说。

“这把问题给整复杂了，不过这也促使我们进一步思考这星球内部究竟是怎么一回事，因为这事关我们如何看待地表上的一切。”李说。

随着地球在过去45亿年间冷却下来，它的各层缓慢地在地核与地表之间流转往复。直到不久前，科学家们还认为夹在各大陆板块和地核之间的地幔已经过充分混合，氧应该在各处都有分布。但这些钻石则显示，地幔当中存在某种“矿穴”，不知怎的直到最近还在抵抗这种混合作用。

并且这些矿穴的存在很持久，分布也很广泛，才让一颗颗动辄几亿岁到十亿岁的大钻石得以在各大洲浮现。

科学家并不清楚这些矿穴现在还是否存在。不过，科学家至少明白了这颗星球及其历史比原先猜想的更加混乱一点。

“它告诉人们该好好想想，一颗行星——不管是地球还是别的星球——是怎么随着时间演化的。当我们的简单构想不足以囊括某些特征时，或许就说明这些简单构想已经不够好了。”李说。

而这些奇特的细节只是宏大画卷的碎片而已，真正的大问题是——地球如何变成今日的模样，它何以能够哺育生命。

“沧海桑田，正是这种种细节塑造了地球的面貌。正是这些材料铺就了整个地球的表面。”史密斯说。