​从废物堆到钻石发现：一块不起眼的岩石如何解开了一个长期存在的钻石之谜

来自昆士兰科技大学(QUT)的两名研究人员利用一台简单的笔记本电脑和一块从钻石矿的“废料堆”中获得的岩石，揭开了围绕地球古代大陆深处钻石形成的长期地质之谜。

该研究的主要作者是昆士兰科技大学的博士生卡尔·沃尔什，以及来自爱尔兰三一学院的昆士兰科技大学教授巴尔兹·坎伯和艾玛·汤姆林森，他们最近在 Nature 上发表了他们的研究结果。

沃尔什说，在他的硕士学位研究中，他对一块从岩石圈底部回收的非洲大陆岩石进行了计算机建模。岩石圈是地球表面以下约30公里至250公里之间的外部部分。沃尔什说，一个大陆的主要部分是你从未见过的部分。

“就像一座冰山，如果只是漂浮在海面上的冰山部分，它会像一艘船一样倾覆。这就像冰山的龙骨，”沃尔什说。

卡尔·沃尔什(右)，昆士兰科技大学博士研究员，与昆士兰科技大学教授巴尔茨·坎伯在 Nature 上发表了一篇论文的主要作者。卡尔正在看一块石榴石橄榄岩。这种石榴石的颜色显示了铬的存在，这是钻石存在的指标。来源：昆士兰科技大学

“我们基本上有一个已知的岩石起始成分，它代表了地球历史上所有大陆形成之前的早期地幔，”沃尔什说。“我们采用了起始成分，并模拟了如果它逐渐融化会发生什么，以及会留下什么。而这些材料构成了今天仍然存在的古代大陆的大部分根源。

来自昆士兰科技大学地球与大气科学学院理学院的坎伯教授说，这项研究的目的是使用计算机模型来观察这些深层根源是如何形成的。

“该模型基本上预测了当你改变地幔的温度时会出现哪些矿物和熔体。因此，它是一种预测工具，您可以与实际矿物和岩石的成分进行比较，“坎伯教授说。

用于高级计算机建模的这块岩石是在1871年至1914年之间的某个时候开采的，最后被遗弃在传说中的金伯利钻石矿的“废物堆”中，金伯利钻石矿最著名是“大洞”——一个露天和地下矿的结合——位于南非北开普省金伯利。

Balz Kamber教授和QUT博士生Carl Walsh

来源：昆士兰科技大学

他们所模拟的这块岩石，石榴石辉锌矿，是通过金伯利岩管道被带到地表的。这块岩石是由专门研究岩石学的坎伯教授取回的。岩石学是地质学的一个分支，研究岩石及其形成的条件。

他小心地用大锤把岩石锤成可以顺利运回家的大小。

坎伯教授说：“它包含了一种混乱的矿物质，这些矿物质是在一次超音速火山喷发中穿过整个大陆底部时被带走的，这种情况我们从未见过。”“这个岩石样本中的矿物质受到了严重的伤害，它们今天还在尖叫，它们完全被打碎了。”

“看到它保存下来真是太令人兴奋了，它非常古老，有33亿年的历史。这可能是大多数人手中最古老的石头，”坎伯教授说。

沃尔什说，这项研究解决了钻石及其形成温度的难题，因为钻石如果加热太多就会变成石墨。

“但是，当我们观察含有钻石的岩石时，它们肯定被加热到极高的温度，”沃尔什说。“那么，为什么正是那些经历了最高温度的岩石最终含有钻石呢?”

他们的研究挑战了现有的两步浅层“融化和堆积”解释。

沃尔什先生说：“以前，人们认为大陆的大部分古老深渊都是钻石的宿主，随着时间的推移，这些钻石被破坏了，因为大陆的底部不断受到富含挥发性的熔体和液体的入侵和侵蚀。“我们的工作表明，实际上，情况可能并非如此，钻石在今天很罕见，实际上一直很罕见。这是因为我们可以第一次知道钻石摇篮中缺少什么，我们可以在地面上寻找它。”

坎伯教授说，在当今的地球上，地幔中的热量和温度分布并不均匀。

“我们有地幔温度相对均匀的区域和地幔温度高得多的区域。这些被称为地幔柱。我们在夏威夷和冰岛也有这种表现，”坎伯教授说。“我们正在研究的是古代羽流的影响——当比我们现在热得多的羽流撞击一个正在生长的大陆的底部时。”

自从进行这项研究以来，沃尔什先生前往堪培拉，在澳大利亚国立大学地球科学研究学院的实验室中重建类似的岩石。

文献信息：

“Deep, ultra-hot-melting residues as cradles of mantle diamond” by Carl Walsh, Balz S. Kamber and Emma L. Tomlinson, 15 March 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05665-2

来源：SciTechDaily

免责声明 | 部分素材源自网络，版权归原作者所有。如涉侵权，请联系我们处理。