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在钻石销售中,有些钻石会因为其中包裹着杂质被评为瑕疵级,从而价格稍低。这些杂质被称为钻石的包裹体,大多数情况下,具有包裹体的钻石售价都会相对较低,但极少数包裹体却会让钻石身价倍增,甚至具有极佳的科研价值。
全世界仅有两颗的“双钻”
天然钻石大都形成于地下150千米-250千米的地幔处,年龄在10到35亿年之间,少数钻石的形成深度甚至可达800千米。在地球内部的高温高压下,含碳元素的液体溶解并取代了各种矿物,逐渐增长,钻石就随之形成。在钻石形成的过程中或形成后,一些物质被其捕获、包裹起来,成为钻石的一部分,这些物质就是包裹体。
包裹体的种类多样。比钻石形成更早的包裹体,叫“原生包裹体”;与钻石同时形成,则称为“同生包裹体”;在形成之后产生的,则称为“次生包裹体”;根据包裹体相态的不同,则可以分成固相、液相和气相包裹体。
有趣的是,即使是钻石本身,也可能成为自己的“包裹体”:一颗大钻石包裹着一颗小钻石,呈现出奇特的“双钻”(Doublediamonds)。2019年,第一颗“双钻”在俄罗斯雅库特(Yakutia,Russia)被发现;2021年,第二颗“双钻”在西澳大利亚(WesternAustralia)的埃伦代尔钻石场(EllaleDiamondField)被开采出来。
带“馅”的钻石,科学家的最爱
在众多的物质中,作为生命之源的水,最令科学家们着迷。地球上的水,无时无刻不在进行着循环:江河湖海的水,在蒸发作用下进入大气形成云,云遇冷凝结变成降水又回到了大地,山川草木涵养了降水,水顺着土壤、岩石渗入地下,在岩土体的孔隙中经过漫长的运动又成为泉水勃勃喷涌而出,周而复始——这是地表水循环(又称水循环)。
地表水循环,滋养了生命,为动植物提供了生命活动所必备的水源。然而,在地表水循环之外,还存在着一个“深部水循环”:在板块运动的作用下,水随着俯冲的海洋板块进入地球内部,一直到达地幔深处,然后因岩浆活动重回地面。相关分析表明,地幔中的水量可能是地表海水体积的1/4~4倍。
但是,地球内部的环境极其复杂。在高温高压的作用下,矿物大多呈脱水状态,储水能力很有限。地球深处真的有水吗?它们到底在哪儿?以什么样的形式存在?我们如何才能见到地球内部的水呢?
如今人类钻探所能达到的地下最深处也不过只有12千米,根本没法获取地球内部的物质。所幸,大自然为我们提供了一个来自地球深部的信使——钻石。携带着包裹体的钻石,就如同一个时间胶囊,穿越时间与空间,把地球内部的信息传递给我们。
2014年,科学家们在一颗来自巴西的钻石中发现了一种尖晶橄榄石(ringwoodite)包裹体,这种包裹体具有很强的储水能力。这颗钻石来自地下410千米-660千米之间的转换带(TransitionZone),证明至少在转换带的局部地区有水存在。
2018年,在一颗来自地下610千米-800千米之间的钻石中,科学家们发现了冰-Ⅶ(Ice-Ⅶ)的存在。这是一种在高温高压下由水结晶而形成的冰,也是首次在钻石中直接观察到“水”。尽管非常微小,但是这无疑证明了在地下极端的环境下,水可以存在。
小知识
水分子在不同温度和压力下形成的冰,其内部氧原子、氢原子,以及水分子之间的排列形式不同,导致晶体结构不同。目前,科学家已经发现19种不同冰的晶体结构。我们平时看到冰、雪,都为Ⅰ型冰,水分子呈六面体排布。
2022年,在一颗来自非洲博茨瓦纳卡罗维矿(theKarowemine,Botswana)的1.5克拉宝石级钻石中,科学家们发现了一系列的矿物包裹体。这颗钻石来自地下660千米深的地幔转换带处。对其包裹体的分析表明,这颗钻石形成于一个富含水的地下环境中,说明在钻石形成的地下660千米处,有水的广泛存在。
由此可见,地球真是一个当之无愧的“水球”。广阔的海洋,占据了地表70%以上的面积,而深不可测的地下,竟然也是一个含有大量水的“汪洋世界”。地球浅部的水,对生命的产生与演化有着重要意义,哺育着万物生灵,是名副其实的“生命之源”。那么,地球深部的水,又有什么作用呢?
其实,不仅生物离不开水,地球的“生命”也一样离不开水。水对地球内部的运动、演化具有重要意义。水在板块运动等过程中发挥了重要的作用;进入地下的水,可以降低地幔熔融温度;岩浆中的含水量越多,就越容易引起火山喷发,爆炸性也越强;同时,水也是地球深部发生流体交代作用的主体,可以促进元素的传输,加强扩散作用,影响矿物和岩石的形成与转换。此外,地震波的传播也受到地球深部水的影响。
总而言之,一颗颗“大水货”钻石,没能成为爱情的信物,却因为其中含有的“水”,成为科学家们眼中的宝贝。
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