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神奇钻石在哪里？Science刊文破解豪钻形成之谜
不知从什么时候起钻石成了“珍贵”、“永恒”的代名词，尽管从科学的角度来看，钻石只是碳单质的一种形式，燃烧之后也一样也会变成二氧化碳（点击观看钻石燃烧视频）。作为最昂贵的宝石之一，通透度和尺寸是衡量钻石珍稀程度的主要指标，一颗硕大纯净的钻石往往价值连城。但天然大钻石是如何形成的呢？这个问题困扰了科学家很多年，毕竟大多数人更愿意把钻石戴在手指上，而不是放在显微镜下。最近，美国宝石研究所（Gemological Institute of America，如果你买过钻石，证书可能会见过GIA）的Evan M. Smith团队在Science发表文章，他们通过分析钻石内部缺陷，首次证明钻石形成于地下数百公里处的液态金属中。
未经切割的钻石，重14-91克拉不等。图片来源：Robert Weldon / GIA / Gem Diamonds Ltd.
加拿大阿尔伯特大学（University of Alberta）的地球化学家Graham Pearson表示，这个观点本身并不新鲜，以前就曾有人提出过，但一直缺乏实验证据支持。Smith等人的这项成果，实现了很大突破。
这项工作的研究对象是所谓的II型钻石。它们含氮量很低，因而特别通透。本来，作为拿死工资的科研工作者，很少有机会能接触到那么多钻石。不过Smith有得天独厚的条件，他供职的单位美国宝石研究所每天要分析、处理数千枚宝石，其中不乏珍贵的大钻石。有此门路，Smith等人才能顺利完成研究。
研究用的钻石（没见过这么多这么大的钻石，过过眼瘾）。图片来源：Science
他们分析了53颗钻石，特别是裹在里面的杂质（不少钻石只能用无损的方法检测，因为它们是借来的，之后还得还回去……）。这些小瑕疵往往被认为是一些碳杂质，会被宝石商切掉丢弃，而这些杂质却是科学家们本项研究成功的关键。
分析结果表明，53颗钻石中有38颗（占72%）的杂质为石墨包裹的富金属矿物混合物，包含铁镍合金；杂质中还有少量氢和甲烷。这些证据表明这些钻石的瑕疵曾是铁、镍、碳、硫以及多种微量元素的熔融态混合物。
拉曼光谱证明钻石缺陷内含有氢气和甲烷气体。图片来源：Science
其他15颗钻石含有硅酸盐矿物，如石榴石。这一迹象表明这些钻石应该是形成于360千米到750千米深的地下，因为地壳更深处的压力太高，石榴石会变得不稳定。随后，这些钻石随着科学家还没完全弄明白的偶然喷发过程，从地下转移到地表。喷发遗留的管状矿床被称为金伯利岩，是地球上大多数钻石的来源。
金伯利岩。图片来源：Wikipedia
这些杂质在形成的瞬间就被捕获，永久地保存在钻石之内，而稳定坚固的钻石又是天然的物理化学保护层，对它们的分析能让科学家了解钻石结晶的环境。这些杂质的科学价值或许比钻石还要高，因为它们能告诉我们，地球深处发生了什么。就如同琥珀里的昆虫能告诉我们那个时期地球的生态状况一样。
例如，氢气和甲烷的存在说明，钻石形成于还原性的化学环境，金属原子很容易获得电子并与碳原子脱离，产生熔融金属和游离碳，后者然后结晶形成钻石。这些反应最有可能发生在410千米到660千米深的地下。而这一深度恰好是上地幔的位置。
钻石形成机理。图片来源：Science
尽管这项研究针对的是II型钻石，但对更普遍的I型钻石（含氮量更高）的形成也有借鉴意义。Smith大胆预测，地幔中富铁矿物，很可能存在大量钻石，就等着一次喷发到地表的机会了。
—— 氘评 ——
这里小氘必须叨叨两句。钻石昂贵的价格（而非价值）纯粹是营销的结果，地表可开采的钻石并不少（相对于它的需求量），地球深处蕴藏的钻石就更多了。戴比尔斯的那句“钻石恒久远，一颗永留传”是人类历史上最成功的商业营销案例，它把既无实际功用又不那么罕见的钻石与人类的爱情捆绑。关于这些内容可以专门写篇文章，这里不赘言了。
人类开采出来的钻石绝大部分用于首饰，很少一部分用于工业。而开采钻石的过程又是充满血腥的，如果你还迷信钻石等于爱情，去看看小李子主演的电影《血钻》吧。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
http://science.sciencemag.org/content/354/6318/1403
Large gem diamonds from metallic liquid in Earth’s deep mantle
Science, 2016, 354, 1403-1405, DOI: 10.1126/science.aal1303
部分内容编译自：
http://www.sciencemag.org/news/2016/12/earth-s-rarest-diamonds-formed-pockets-liquid-metal
（本文由氘氘斋供稿）