地幔中的金屬液體形成巨大而特殊的鑽石

《科學》雜誌的一項新研究解釋了異常大小和質量的鑽石是如何從地幔深處的金屬液體中形成的。

迄今為止,研究人員對大型鑽石的起源一直感到困惑,比如1905年在南非發現的著名的庫里南鑽石(Cullinan Diamond);13世紀在印度發現的柯伊諾爾鑽石(光明之山 koh-i-noor diamond);或者2015年在波劄那發現的廣為文宣的萊賽迪·拉·羅納(Lesedi la Rona)鑽石

從歷史上看,由於這些寶石的價值很高,而且它們很少含有可能顯示其地質起源的包裹體,因此對這些鑽石的研究幾乎是不可能的。

美國寶石學研究所研究與開發主任王武義博士說:“世界上一些最大、最有價值的鑽石表現出一系列獨特的物理特徵,這使得許多人認為它們與其他更普通的鑽石是不同的。

「然而,這些鑽石究竟是如何形成的,以及它們告訴我們的關於地球的資訊,至今仍是個謎。」

王博士和合著者通過研究大型寶石鑽石的所謂“邊角料”進行了研究,邊角料是寶石的鑲嵌面被切割後留下的碎片。

研究人員確定,這些鑽石有時有微小的金屬顆粒被困其中。

除了金屬包裹體之外,這些特殊的鑽石中有些還含有礦物包裹體,這些包裹體表明鑽石是在極深的地方形成的,很可能在對流地幔224-466英里(360-750公里)範圍內。

這比大多數其他寶石鑽石要深得多,它們形成於93-124英里(150-200公里)深的大陸構造板塊的下部。

「然而,包裹體的組成提供了故事。」

金屬包裹體是鐵、鎳、碳和硫的凝固混合物,在金屬相和包裹金剛石之間的微小空間中也含有微量的甲烷和氫。

純碳在地球深部地幔熔化金屬液體的混合物中,結晶形成鑽石。

這種金屬液體的小液滴在鑽石生長過程中偶爾會被困在鑽石中。在切割和拋光過程中,鑽石中含有雜質的部分經常被切割或拋光掉,以製造出具有最小缺陷的精美拋光寶石。

史密斯博士說:「以前的實驗和理論多年來預測,地幔深處約155英里(250公里)以下的部分地區含有少量金屬鐵,可用氧氣有限。」

「現在,這些鑽石中的金屬包裹體及其周圍的甲烷和氫套提供了一致的、系統的物理證據來支持這一預測」

對於地球內部的揮發性物質來說,瞭解其隨時間變化的結果也很重要。

Evan M. Smith et al. 2016. Large gem diamonds from metallic liquid in Earth’s deep mantle. Science 354 (6318): 1403-1405; doi: 10.1126/science.aal1303

文章來源 Large, Exceptional Gem Diamonds Formed from Metallic Liquid inside Earth’s Mantle

庫里南鑽石(Cullinan Diamond)是已被發現的最大的天然鑽石原石,重3,106克拉,相當於621.35公克,於1905年1月26日發現於南非的庫里南礦場,並以礦場的董事長托馬斯·庫里南的姓命名。
光明之山 (Kōh-i Nūr,也可寫為Koh-i-noor, Koh-e Noor或Koh-i-Nur)(柯伊諾爾鑽石)是一顆105克拉(21.6克)的鑽石,它曾經是世界上最大顆的鑽石,原石據說重達800克拉。最初磨成玫瑰型,重191克拉(186.5舊克拉)。1526年曾歸蘇丹巴卑爾所有。1738年又成為波斯王納狄爾沙赫的戰利品。
1850年歸英國王室所有。1862年為除去上面的瑕疵,將其重新琢磨成圓鉆型,重量減至105.6克拉(21.6克)。
這顆鑽石曾引起印度政府與英國王室發生紛爭,其歷史可以追溯到十四世紀。
目前鑲嵌在英國的伊麗莎白王后冠之上。
它與它的兄弟鑽石光之海(Darya-ye Noor)同樣來自印度的安德拉邦。
後來英國東印度公司獲得了它。1877年,在維多利亞女王登基成為印度女皇時,它成為了英國的皇室珠寶。
萊賽迪·拉·羅納(Lesedi la Rona)鑽石是1905年以來發現的世界最大鑽石原石,重達1109克拉,足有一個網球大小,僅次於1905年在南非開採的重3016.75克拉的「庫里南鑽石」,一份獨立報告認為,萊賽迪·拉·羅納有可能產出歷史上質量最高的精加工鑽石。