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英国王冠上的钻石从哪里来——美国宝石学研究所研究人员揭秘

2020/7/5 11:50:35 来源:陕西地矿科技杨为先 浏览:

来源:中国矿业报 记者:赵腊平

加拿大矿业网近日刊发瓦伦蒂娜·鲁伊斯·勒奥塔德的报道称,现在被镶嵌在英国皇冠正中央的著名钻石“库利南”,很可能来源于地球的下地幔。在坚硬稳定的大陆板块下面,地幔正在缓慢移动或对流。

这一发现是埃文·史密斯和王武义在美国宝石学研究所正在进行的一项研究的一部分。在美国地球化学学会和欧洲地球化学协会组织召开的“虚拟2020戈德施密特会议”上,史密斯提出了这一新见解。

史密斯和他的团队检测了莱索托列森矿(Letšeng)的一颗类似的124克拉大钻石,得出的结论是:库利南钻石可能形成于下地幔,可以认为是“超深”钻石。

库利南 II,一颗重达317.4克拉的钻石,被镶嵌在大英帝国的王冠上

其实,有关“超深”钻石的判断并非最新发现——

1902年5月,当时如日中天的大英帝国结束了与南非布尔人之间的战争。是年,来自约翰内斯堡的建筑承包商托马斯·库利南,伙同地质人员珀西瓦尔·特蕾西以52000英镑买断了位于南非德蓝士瓦的一座原为农场地的金伯利岩铜矿。随后,二人组建了普里米亚采钻公司。

1905年1月25日,在南非阿扎尼亚的普列米尔(Premiar)矿山地下9米深处,一个名叫威尔士的经理人员偶尔看见矿场地上半露出一块闪闪发光的东西。他用小刀将其挖出来,发现是一块巨大的宝石金刚石。

有意思的是,库利南钻石被发现的时候,专家们就估计,蕴藏库里南钻石的金伯利矿脉的地质年龄为1亿年。库利南钻石被发现时拥有7个非常光滑的表面。专家们据此判断,它不是完整的晶体,而是一个大晶体的部分碎块。1934年和1954年,人们又在矿区分别发现了另外两颗大钻石Jonker和Niarchls。

专家们认为,这两颗钻石和库里南钻石很有可能最初都属于一颗更大的原始宝石。原始宝石成形于地球深层,在被喷发出来并蕴藏于金伯利岩矿脉之前,肯定已经存在了极其久远的时间。

史密斯和他的团队称,最近对这颗核桃大小的钻石进行的分析显示,它含有一种重要元素的残余物:布氏岩(Bridgmanite)。

布氏岩是迄今发现的存在于地幔深部的地球上含量最丰富的矿物。之所以命名为Bridgmanite,是为了纪念1946年诺贝尔物理学奖获得者Percy Bridgman为高压物理学研究做出的贡献。

其实,数十年来,科学家们只知道布氏岩存在于地球的深部——地幔的巨厚岩层高温高压环境。尽管科学家们已在实验室条件中成功合成了这种矿物,但迄今在地表和近地表尚未发现其天然样品,因而无法分析其化学成分和晶体结构。令人惊异的是,科学家们最终是透过135年前撞击地球的一颗陨石开启了对这种矿物的辨识与研究。

2009年,美国加州理工学院的研究人员在一块45亿年前的古老陨石中发现了亚微米级的布氏岩晶体。通过同步加速器X射线衍射分析并借助高分辨率扫描电子显微镜,研究人员对陨石中布氏岩的分布及其组分展开研究。经过历时5年的努力,他们最终揭晓了布氏岩的化学成分以及晶体结构,并成功使该矿物及其命名获得国际矿物学协会(IMA)新矿物、命名和分类委员会(CNMNC)的认可。研究人员表示,发现自然形态的布氏岩,有助于认识太阳系中小天体遭遇冲击时的条件及其受影响过程。同时,陨石中微小布氏岩晶体的发现也将有助于揭示地心深处的相变机制。

史密斯在报告中说:“发现布氏岩等难以捉摸的矿物残余物意义重大。上地幔或地表并不存在布氏岩。当钻石到达地表时,我们看到的实际上并不是布氏岩,而是当压力降低时它分解留下的矿物。发现这些被困在钻石中的矿物,意味着钻石本身一定是在存在布氏岩的深度、地球内部非常深的地方结晶的。”

研究人员用激光扫描了钻石内部的微小包裹体,从光的散射方式(使用拉曼光谱仪)可见被布氏岩击穿的迹象。

列森矿区产出的钻石非常纯净,其晶体结构中不含氮。因为具有这一特征,研究人员将其归类为“克利普尔(CLIPPIR)”钻石,与库利南钻石的类别相同。

史密斯说:“这颗钻石的特别之处在于,它是第一颗克利普尔钻石,我们可以确定它来源于下地幔,也就是说,产自地壳660千米以下。”“以前,我们知道克利普尔钻石所在位置是超深的,推测它们的生成深度可能在地下360~750千米之间,但实际上,我们还从来没有通过这个‘窗户’真正看到来自这个深度的任何钻石。”

在研究人员看来,这一发现更好地说明了克利普尔钻石的确切来源,也表明克利普尔钻石和IIb型钻石(如著名的蓝色宝石“希望钻石”)的诞生地有部分重叠。

此前的一项研究表明,希望钻石和其他IIb钻石起源于地球的深地幔,而赋予它们蓝色色调的硼来自海底。为了给钻石注入象征希望的蓝色,硼这种元素借力板块构造运动深入地幔数百千米与钻石结合。

史密斯说:“这也表明,地壳里有一条神密的‘通道’,可以将地球表面的元素带到地球深部,与地球深部的物质融合成美丽的钻石后,作为‘乘客’,被火山喷发送回地表。”

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