20 世纪 80 年代,在博茨瓦纳的奥拉帕矿——按面积计算是世界上最大的钻石矿之一——挖掘钻石的矿工们发现了一个令他们失望的发现:一颗绿色的八面体形状钻石,内部夹杂着一些小黑点。
但几十年后,对于地质学家来说,这些黑点比钻石本身还要珍贵。通过 X 射线分析和质谱分析,地质学家和物理学家证实,这颗宝石的瑕疵是来自地球下地幔的矿物碎片——这是首次在天然样本中确定的物质。这种矿物通常只存在于极高的压力和温度下,而这个特定的样本可能形成于地表以下 410 到 560 英里之间,这使得这颗宝石成为一颗“超深”钻石。但这些碎片被嵌入了一颗足够坚固的钻石中,能够完整地到达地表。相关研究结果已于上周发表在《科学》杂志上。
首席作者、拉斯维加斯内华达大学地球化学家 Oliver Tschauner 在一份声明中表示:“对于珠宝商和买家来说,钻石的大小、颜色和净度都很重要,而内含物——那些让珠宝商头疼的小黑点——对我们来说,它们是一份礼物。”
这种矿物是硅酸钙钙钛矿,与先前研究人员在实验室中合成的物质相匹配。但制造这种矿物需要 20 吉帕斯卡的压力(约等于大气压的 20 万倍),并且一旦将其从人造高压环境中移除就会分解。因此,科学家们长期以来一直认为在自然界中不可能找到这种矿物的样本。
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Tschauner 告诉《科学美国人》:“我们认为找到它的几率非常低,以至于我们从未积极寻找过它。”因此,“下地幔的真实矿物仍然存在,这为这类研究开辟了一个相当新的方向。”
在这颗钻石的外壳内部,矿物被密封在一个坚硬的结构中,保持着足够的压力以保持其天然形态。但 Tschauner 告诉《新科学家》:“当我们打开钻石时,[矿物] 保持完整约一秒钟,然后我们看到它在显微镜下膨胀和鼓起,基本上变成了玻璃。”密封被打破,矿物无法保持在一起。
Tschauner 报告了这种新矿物的首次正式发现,并被允许为其命名。他将其命名为“davemaoite”,以纪念地质学家 Ho-Kwang “Dave” Mao,他开创了允许科学家在地球表面产生地幔类似压力的实验。
Tschauner 告诉《自然》杂志,davemaoite 是地球下地幔的三种主要矿物之一,约占那里物质的 5% 到 7%。它是地球结构的重要组成部分,因为它可以容纳铀和钍等元素,并在帮助其放射性衰变时产生热量。
虽然这些矿物还有许多潜在的知识可以学习,但问题在于找到这些稀有的天然样本。搜寻超深层钻石是一个艰苦的过程,地球化学家表示,没有简单的方法可以知道来自深处的钻石可能出现在哪里。