如果你想了解早期地球，关键的一块拼图就是我们星球古老天空中的空气。例如，如今地球的大气层充满了支持我们星球生命多样性的气体。了解这些气体何时进入大气层，可能有助于我们理解生命是如何在我们星球的原始海洋中出现的。
幸运的是，在寻找答案的道路上，科学家们拥有一个特别耀眼的时间胶囊来照亮他们通往过去的道路：钻石。这些备受珍视的宝石是独特有用的样本，保存着地球古老过去的秘密。事实上，法国岩石学和地球化学研究中心（CRPG）的地质化学家Michael Broadley说，它们是“我们拥有的唯一直接来自地球深处样本”。
现在，通过研究一些特别古老的钻石碳笼中捕获的气体，Broadley和他的同事们提出了证据，表明我们今天空气中赋予生命的 the gaseous composition 实际上与27亿多年前行星大气层的样子非常相似。
地下如此，天上亦然
从地球地幔中的碳碎片中寻找我们古老大气层的指纹听起来可能很奇怪。但许多科学家正在寻找的气体实际上是从那个地下世界迁移上来的。
地球的地幔和天空比你最初想象的要联系得更紧密。来自地下的气体可以通过一种称为“释气”的过程进入空气。在我们的星球之外，这就是为什么像月球这样的世界可以拥有极其稀薄的大气层。但其中一些气体并没有最终涌入高空，而是被困在了新生代的钻石中。
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在地球地幔的半固态岩浆中，当碳在炙热的高温和令人窒息的压力下开始结晶时，新生的宝石会在这个过程中吸附其他矿物质和流体。这些碎屑会被困在钻石中，形成被称为“包裹体”的特征。
这些钻石需要数万亿年的时间才能升到地表，因为岩浆会冒泡，火山会喷发。即使是最年轻的钻石也比恐龙灭绝还要古老。Broadley及其同事研究的钻石比地球目前的年龄（约45亿年）还要大一半。最古老的可以高达35亿年。
加拿大阿尔伯塔大学的地质化学家、未参与此项研究的Suzette Timmerman说：“钻石之所以如此特别，是因为被困在其中的物质得以保存，因为没有东西能进出钻石。”例如，与变成火成岩的岩浆不同，钻石不会融化和重结晶。
未经雕琢的钻石
然而，这些不是你在珠宝店里能找到的钻石。世界上最受欢迎的钻石可能是清澈无瑕的，但对地质化学家来说，瑕疵越多越好。
因此，Broadley和他的同事们研究了其中被淘汰的石材，一种被称为纤维状钻石的石头，里面充满了流体和包裹体，它们常常呈现黑色或棕色。它们通常被用于制造金刚石工具，而不是作为配饰。Broadley说：“你可能会忽略它们，认为它们不是钻石，因为它们看起来不像钻石。”
一旦研究人员获得了钻石，他们就需要解开其中捕获的物质。但Timmerman说，这并不容易。“这需要付出很多努力，因为钻石是地球上最坚硬的材料。它们不容易处理。”
有几种方法可以让钻石揭示其气体的秘密。一种是字面意义上的将石头粉碎成粉末。但Broadley及其同事采用了第二种方法，加热钻石，使其内部的碳原子转化为石墨，就像铅笔芯中的石墨一样。石墨的原子结构不利于固定流体，因此当钻石转化为石墨时，这些流体就会以气体的形式释放出来。
然后，研究人员可以分析释放出的气体，以确定数十亿年前存在哪些气体。特别是，Broadley及其同事研究了化学家称为惰性气体的三剑客：氦、氖和氩。
地幔中有两种惰性气体。第一种起源于地球的形成，来自太空某处。第二种，特别是氦，是放射性衰变（仍在发生的现象）的副产品。
一种给定元素的原子核可以有不同数量的中子，从而产生同一元素的不同“风味”，称为同位素。通过测量惰性气体中同位素的比例，研究人员可以确定在钻石形成时，地幔是否已经将其气体释放到大气层中。
Broadley及其同事发现，这些数十亿年前钻石中的惰性气体成分与今天上地幔中的成分非常匹配。这表明，如果气体在古代曾从地幔中逸出，那么在这些特定钻石形成时，它们就已经逸出了。
然后，Broadley说，“在接下来的27亿年里，它一直保持相对稳定。”
Broadley及其同事在上周的戈德史密斯地球化学会议上展示了他们的工作。
钻石可能为生命最早的演化提供新见解
Timmerman说，Broadley的研究领域非常新颖。她的博士论文以及她的一些同事的研究一直专注于钻石中的氦。但她说，这项工作是首次研究氖和氩。
Broadley说，他们已经在研究钻石中捕获的其他元素，如碳和氮。这些气体对生命的形成至关重要，这项研究的结果表明，它们至少在27亿年前就已经到达大气层了。
确实，Timmerman说，研究钻石中的这些流体可以帮助回答一些诱人的问题。“在地球早期，大气层的成分是怎样的？它是否适合生命？在那些情况下，什么样的生命可能发展起来？”
