蓝色钻石和古代海洋惊人的“超深”渊源

2018-08-20 11:37:38 Tache 塔斯钻石 21

本文由GIA美国宝石学院 2018年8月1日发布            翻译:塔斯美钻 周玫君

蓝色钻石和古代海洋惊人的“超深”渊源

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2018年8月《自然》杂志封面“深蓝”探讨了Evan M. Smith对IIb型蓝色钻石的研究,当钻石在海洋构造板块上搭载到地球的下地幔时形成。图片由《自然》杂志提供

这是《自然》杂志上发表的文章“来自地球地幔下的蓝色含硼钻石”的扩展摘要。GIA科学研究家Evan Smith是该文章的主要作者,合著者有卡内基科学研究所的Steven B. Shirey,开普敦大学Stephen H. Richardson;帕瓦多大学,Fabrizio Nestola;卡内基科学研究所的Emma S. Bullock;卡内基科学研究所, Jianhua Wang;美国宝石学院GIA Wuyi Wang。

IIb型钻石是一种稀有品种的钻石,其特征在于晶体结构中具有硼,它可以赋予钻石吸引人的蓝色。著名的“希望”钻石则就是这种蓝色钻石品种的完美典范。IIb型钻石长期以来一直是地质之谜,但于2018年8月2日出版的《自然》杂志上发表的新研究显示它们是“超深”钻石,这意味着它们结晶时所处的地表比其他钻石更深。值得一提的是,这些蓝色宝石中含有的硼原子最初可能来自古代海洋。

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图片二:蓝色钻石原石,每颗重0.7至3克拉。检查原石样品(如上图)这是个检查内含物的好机会,因为夹杂物经常被巧妙地切割和抛光,用以优化多面宝石的外观。摄影:Evan M. Smith

硼是一种强烈集中在地球表面的元素。但在钻石生长的地幔中,硼的浓度极低。因此,IIb型含硼的钻石不仅出乎意料,解释起来也是非常具有挑战性的。几十年来,蓝钻一直吸引着科学家们的兴趣,但这些宝石的高价值和稀有性及其近乎缺乏的内含物一直是研究的主要障碍。

在此研究之前,IIb型钻石中未发现任何可辨认的矿物内含物。然而,对两年内向GIA提交的钻石进行系统筛选使得有可能找到并检查出46种含有内含物的IIb型钻石。通过研究内含物-在结晶过程中被困在钻石中的小块材料-研究团队能够推断出钻石生长的主岩和深度。这些内含物中的矿物表明,它们只有在极高的压力和极深的地球深处同时发生时才会出现。通过这个事实,可以得出结论,IIb型钻石形成至少与过渡带一样深(410-660km),进入地幔底层(>660km)。相比之下,这大约是其他大多数钻石的4倍之深。形成于约150-200公里深处的古老和厚厚的大陆基地附近。

内含物同时也表明,在如此之深的地表,钻石在海洋地壳的存在下生长,通过输送带式的负重作用将其带到地幔下层。与俯冲海洋岩石圈的联系表明,带给IIb型钻石蓝色的硼可能是从地球表面带下去的。

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图三:在0.21克拉的蓝色钻石中加入硅酸钙,在观察下其宽度为1.42毫米。这种包含证明钻石在地幔的极深处生长。摄影:Evan M. Smith

当海水渗入海底时,会引起硼的化学反应,将硼沉积到海洋岩石圈中。这项新研究提出了一种模型,其中一些硼被水合的(含水)矿物冲至地幔低层。在如此大的地表深度,增加及同时检查的蓝色钻石中的许多杂夹物内共存有甲烷氢气作为固体矿物质周围的薄层,从这种富含硼的含水流体中提供了钻石生长的证据。这项新研究不经揭示了IIb型钻石是迄今为止发现的最深的钻石之一,而且通过俯冲过程,硼甚至会有水能从海洋深处带入地幔。对于我们观察地幔地球化学和板块构造过程的理解是极为关键的。

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2018年8月《自然》杂志封面“深蓝”探讨了Evan M. Smith对IIb型蓝色钻石的研究,当钻石在海洋构造板块上搭载到地球的下地幔时形成。图片由《自然》杂志提供

直到最近,人们普遍认为超深钻石总是很小而且从不具有作为宝石的品质。除了2016年发现相对较大且纯净的(CLIPPIR)钻石也具有超深度的发现之外,目前发现的蓝色含硼钻石也是超深的,让之前的概念都被颠覆了。因此,世界上许多最昂贵和最耀眼的宝石钻石是超深钻石,使他们成为我们脚下数百公里对流地幔理解的宝贵物理样本。