一顆鑽石的等級依雜質多寡、色澤度等條件又有高低之分,但這些內含物來自哪裡?科學家過去推測鑽石中的鹽分來自被帶入地函的海水,可惜我們不可能潛下地函驗證。於是研究人員在實驗室中重建了地下約 120 公里的高壓高溫環境,以證明鑽石中的鈉、鉀等確實來自古老海床沉積物。

鑽石是如何形成的?人類至今鑽過最深的井只到地殼下方12.2公里處,沒人知道地球極端深處究竟發生了什麼事。主流理論認為,在海洋板塊沉至大陸板塊下的隱沒帶(subduction zone),海床礦物質、沉積層以及被困住的水份會經由隱沒帶回收到數百公里下的地函深處,於大氣壓力 4 萬倍的高壓環境下緩慢結晶,然後融化於高溫 800 的地函中,之後再與火山岩漿混合,透過火山噴發等地質構造運動,混在金伯利岩(Kimberlite)內被重新推上地表。

當然,鑽石品質參差不齊,在礦坑開採出來的金剛石中,只有 20% 最終會得到珠寶商青睞成為昂貴寶石,其餘通常因內含物(inclusion)較多,比如含有鈉、鉀、其他礦物雜質的纖維狀鑽石(fibrous diamond),大多磨碎後用於工業用途或製造工具,比如鑽頭,我們用淨度與色澤為這些礦物做出高低之分。

雖然科學家猜測纖維狀鑽石中的鹽分來自海洋沉積物,但我們沒辦法測試。為了驗證理論,澳洲麥覺理大學地球科學家 Michael Förster 團隊進行了一系列高壓高溫實驗,他們將海洋沉積物樣本放入橄欖岩中,接著將環境加壓至 46 GPa、溫度增加到 8001100℃,換算相當於地表下120180 公里深度的環境,果然發現混合物形成了幾乎與纖維狀鑽石中相同的鉀鈉比率,證明鑽石的成長過程中,海洋沉積物的再循環是必要環節。

鑽石因被賦予了某些意義,而在人類世界有著高高在上的地位,但對科學家而言,鑽石是時空膠囊,不只告訴了我們曾在古老海洋中徘徊的沉積物,也讓我們窺知地球的過去。新論文發表在《科學前緣》(Science Advances)期刊。

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