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鉆石里還有一顆鉆石:奇特的“俄羅斯娃娃”鉆石是怎么形成的?

一個新發現的鉆石在一個較大鉆石的內部自由地晃動,這種現象前所未見。 科學家正在苦思這種特殊的結構是如何形成的。 PHOTOGRAPH COURTESY OF A

一個新發現的鉆石在一個較大鉆石的內部自由地晃動,這種現象前所未見。 科學家正在苦思這種特殊的結構是如何形成的。 PHOTOGRAPH COURTESY OF ALROSA

這張雙層鉆石的X光影像,顯示出一個很小的鉆石緊靠著一個更大鉆石內部空腔的內壁。 由于鉆石形成的地球深處有著巨大的壓力,這種空隙在那里是不可能存在的。 因此研究人

這張雙層鉆石的X光影像,顯示出一個很小的鉆石緊靠著一個更大鉆石內部空腔的內壁。 由于鉆石形成的地球深處有著巨大的壓力,這種空隙在那里是不可能存在的。 因此研究人員認為一定曾經有某些東西填滿了整個空腔。 PHOTOGRAPH COURTESY OF ALROSA

(神秘的地球uux.cn報道)據美國國家地理(撰文:MAYA WEI-HAAS 編譯:蔡雅鈴):這顆來自俄羅斯礦場的奇特寶石是一個新發現,它暗示了在我們腳底深處正運作著一種神秘的機制。

當與艾羅薩(ALROSA)采礦公司工作的專家在分類剛從俄羅斯雅庫特(Yakutia)挖出來的寶石的時候,他們偶然發現了一個從未見過的東西:一個很小的鉆石被包在一個更大的鉆石內。 艾羅薩在10月初宣布這項發現時表示,這個以俄羅斯嵌套玩偶命名的俄羅斯娃娃鉆(matryoshka diamond)的重量只有0.124克,它外面的寶石大約有米粒長那么寬。 

鉆石常常像是很小的時間膠囊,會捕捉住外來的礦物,或是會有微量的來自鉆石本身的濃稠液體。 不過一個極小的鉆石,在另一個附加在外的天然鉆石里滾動的這個發現,還是讓研究人員目瞪口呆。

「我想說,不會吧,我從來沒有看過這種東西。 」埃布爾達大學(University of Alberta)的礦物學家托馬斯. 斯塔切爾(Thomas Stachel)描述他看完一個鉆石在另一個鉆石里面叮當作響的影片后的反應。 「我們尋找鉆石已經有很長一段時間了,這種的還是頭一次遇到。 」

這些鉆石究竟是如何獲得這種奇特的結構,目前還不是很清楚,不過線索可能很快就會浮現:目前已規畫把這些微小的寶石送到美國寶石協會(Gemological Institute of America,GIA)做進一步研究, 他們能協助揭露在人類腳下數公里深處運作的那些神秘機制的新細節。

「這真是大自然獨特的創作。 」艾羅薩的地質研究與發展公司的新創副主任奧列格. 科瓦恰克(Oleg Kovalchuk)在記者發表會上說。

鉆石的根源

鉆石通常是在地表下大約幾百公里深的地方形成結晶。 它們是在各大陸中被稱為古陸核根部(cratonic roots)的地帶成形,此處是由支撐著上方陸塊的古老堅硬地函所構成。

這個新鉆石可能就是透過這個過程才能被人類發現──不過它到底是如何形成的還是個謎。 許多鉆石的結晶過程似乎與海底的隱沒作用有關,也就是在較重的海洋板塊沉到較輕的大陸板塊下面時發生。 當海洋板塊下沈時,溫度會上升,迫使液體從巖石和沉積物流出。 鉆石就從這些滲入地下、充滿鹽分又富含碳的濃稠液體中結晶出來。

不過這個新發現的鉆石在結晶的時候似乎出了差錯。 它沒有形成單一個大塊礦物,而是小塊鉆石被密封到了較大塊的鉆石里。 然而小鉆石現在位于的空腔,在面對地底深處的巨大壓力后,是不可能繼續存在的。 所以當初必定有什么東西填滿了空隙。

「在地函里是不會有開放空間能繼續存在的。 這是完全不可能的事,」斯塔切爾說:「任何開放空間在這種壓力下都會立刻消失。 」

神秘的填充物質

或許這個雙層鉆石里面曾經有過微量含鹽分的液體,而小鉆石就是從它里面成形的,澳洲麥夸利大學(Macquarie University)實驗巖石學的博士后研究員麥可. 佛斯特(Michael Förster)說。 這種液體可能很輕易就從較大的外層鉆石上的孔洞或裂縫流出去了。 其他專家則認為那個空腔里曾經填滿過來自地函的礦物,如棕綠色的橄欖石(olivine)或深紅色的石榴石(garnet)。

「猜想哪種礦物,可能成為過內鉆石和外鉆石間的間隔物很有趣。 」佛斯特在電郵里這么寫。

現在還不清楚這些礦物后來是在什么時候以及如何消失的,不過它們可能是在鉆石上到地表的路途中逐漸滲出的,GIA的研發副總經理王五一(Wuyi Wang)說。 熔化的巖石或灼熱的液體可能會接觸到內部填充物質而使得這些地函中的礦物液化。

還有另一種可能,斯塔切爾認為轉變有可能是發生在地表。 在這里水可以不停地和這些填充的礦物發生作用,先把它們變成較脆弱、柔軟的礦物,然后也許讓其中一部份溶解流走。

然而這兩種過程都不可能把整個空腔清除干凈,這大概要人工處理過程才能做到,斯塔切爾強調說。 雖然還不清楚這個雙層鉆石被開采出來后是如何清洗的,但許多處理方法都包含了使用如氫氟酸(hydrofluoric acid)這種強烈腐蝕性物質來沖洗的步驟。

「那會溶解掉幾乎所有已知的礦物。 」斯塔切爾說。 少數會留存下來的礦物之一就是鉆石。 而對于獲取更多關于鉆石本身和處理過程信息的詢問,艾羅薩目前還未響應。

閃亮的未來

以前找到的其他奇怪的鉆石,在結構上似乎和這個新的「鉆中鉆」的部份結構相互呼應。 其中一個是王五一很久以前就擁有的鉆石,它看來好像是一個鉆中鉆,但里面的鉆石還牢牢地附著在外殼鉆石的內壁上。 此外也有很多其他的鉆石,是有孔洞穿透到它們耀眼的表面,斯塔切爾補充說。

藉由研究這些礦物界的怪胎,研究人員除了能學到更多關于鉆石的形成過程,或許還有這些石頭在地球深處遭遇到的環境和化學過程。

王五一將主導GIA對這個寶石的分析,他對于利用高分辨率的計算機斷層掃描(CT scan)讓這個雙層鉆石3D可視化的檢查特別有興趣。 他希望能檢視內部空腔的形狀,以及找尋原有的填充礦物從里面離開的可能路徑。 他還希望能非破壞性地研究鉆石的化學性質,從而找出一度逗留在內部空腔中的物質的各種線索。

然而若真想解決這個問題,斯塔切爾說,他們可能需要找到更多的例子:「最好的結果就是這些人找到了一個鉆石,它里面的洞還是填滿東西的。 這樣就皆大歡喜了。 」




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