

1958年,史密森学会收到一个普通的纸质包裹。唯一能暗示其内容的,是这棕色纸箱上价值一百万美元的保险。箱子里放着当时已知世界上最大的蓝色钻石。
在抵达博物馆之前,希望之钻曾穿梭于伦敦珠宝市场的阴暗角落,经历过玛丽·安托瓦内特的斩首和法国大革命对王室珠宝的洗劫。但就在它被开采、切割、镶嵌或投保的十亿年前,它的真正起源很可能始于印度戈尔康达(Golconda)下方约一百英里处。
“钻石”一词源自希腊语adamas,意为“不可征服”。钻石是我们所知的最硬的矿物,只有钻石才能划伤它,这也是为什么它现在被用于武器制造。(珠宝在第二次世界大战中被证明如此有用,以至于美国将剥夺希特勒工业钻石供应视为一项重要的战争目标。)宝石的分子结构使其如此坚韧:钻石由相互连接的碳原子构成。每个原子与另外四个原子共享电子,形成一个令人难以置信的牢固的五边形晶格结构。仅仅一克拉就包含数十亿个这样的连接原子。
但是,碳只有在地球表面下方数百英里处发生的强烈压力和高温条件下,才会形成这种特定的晶体结构。碳可以采取许多其他形式,事实上,它是地球上最丰富的元素之一——它是所有已知生命体的化学基础。我们经常听到碳与气候变化有关:例如,燃烧化石燃料用于能源和交通会排放二氧化碳,这占美国温室气体总排放量的约83%。但碳在另一种循环中也发挥着至关重要的作用,这就是深部碳循环。尽管深部碳循环可能在生命的起源中起过关键作用,但直到最近,我们对碳在地核附近如何反应,甚至地下储存了多少碳,都知之甚少。这些问题的答案可能会为我们星球上的生命极限和范围提供新的信息。
“钻石中的内含物为我们提供了关于地壳深处发生的事情的线索。”
这就是为什么深部碳观测站(DCO)于2009年成立。DCO是一项为期10年的国际性倡议,旨在让来自不同领域的科学家们专注于深部碳研究。约翰霍普金斯大学的地球化学家、DCI的参与科学家之一Dimitri Sverjensky表示:“直到五年前深部碳观测站启动之前,深部地球碳循环领域的研究一直被忽视。这些研究还将帮助我们与目前全球变化关注的浅层碳循环建立联系。”
Sverjensky最近计算出地球表面下方很深处存在的流体中碳的含量和类型。在他发表在《自然-地球科学》杂志上的一篇文章中,他报告说,即使在地下50到100英里处,流体中也存在各种类型的有机碳。这些流体可能通过板块构造(地球地壳的运动)从地表被输送到上地幔,形式是微小的植物和贝壳。
这是个重大的消息,因为直到现在,科学家们还不知道如此深处的流体中可以迁移多少碳。我们仍然对那些深度下水的行为知之甚少——尽管钻石在这里可能也有用武之地。
Sverjensky告诉《大众科学》:“我们不知道生命的构成物质是如何起源的,是来自外太空还是地球本身。钻石对这类研究很有帮助,因为它们有内含物,能为我们提供关于地壳深处发生事情的线索。”他解释说,这些宝石提供了关于含碳流体如何移动的信息,“而这正是地球宜居的原因。所以,你可以公平地说,理解这一点至关重要。”
Sverjensky的新模型推动了科学在这方面的进展。“过去几十年的模型,在地下约九英里处就遇到了瓶颈。他表示,再往下,我们就无法预测水如何与岩石相互作用。“这个模型使我们能够做出地下111英里的预测,这使我们进入了我们怀疑存在强烈化学相互作用的区域。乙酸盐和丙酸盐等有机物——我们几十年来就知道它们存在于浅层——以及甲烷和二氧化碳在高压下可能处于平衡状态。这有助于我们理解碳是如何被携带到如此深的水中的。这也表明,生命的化学基础比我们之前认为的要深远得多。”这是一个影响深远的观点:如果我们能了解地球生命是如何开始的,甚至早期生命是什么样子,我们就能更好地理解使行星宜居的因素。