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“水貨”鑽石？其實也還行……
- 由 中科院物理所 發表于 綜合
- 2022-12-20
低價耳環如何盈利
正文共3263字，預計閱讀時間約為8分鐘
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在鑽石銷售中，有些鑽石會因為其中包裹著雜質被評為瑕疵級，從而價格稍低。這些雜質被稱為鑽石的包裹體，大多數情況下，具有包裹體的鑽石售價都會相對較低，但極少數包裹體卻會讓鑽石身價倍增，甚至具有極佳的科研價值。
全世界僅有兩顆的“雙鑽”
天然鑽石大都形成於地下150千米-250千米的地幔處，年齡在10到35億年之間，少數鑽石的形成深度甚至可達800千米。在地球內部的高溫高壓下，含碳元素的液體溶解並取代了各種礦物，逐漸增長，鑽石就隨之形成。
在鑽石形成的過程中或形成後，一些物質被其捕獲、包裹起來，成為鑽石的一部分，這些物質就是包裹體
。
從各類鑽石中，可以看到大大小小的“包裹體” | 圖片來源：參考文獻
包裹體的種類多樣。比鑽石形成更早的包裹體，叫“
原生包裹體
”；與鑽石同時形成，則稱為“
同生包裹體
”；在形成之後產生的，則稱為“
次生包裹體
”；根據包裹體相態的不同，則可以分成
固相、液相和氣相包裹體
。
粉紅色鑽石中的柯石英包裹體 | 圖片來源：參考文獻
礦物中的流體包裹體。在形成後隨著礦物的冷卻，流體收縮形成了一個小氣泡 | 圖片來源：Wikipedia
有趣的是，即使是
鑽石本身，也可能成為自己的“包裹體”：一顆大鑽石包裹著一顆小鑽石，呈現出奇特的“雙鑽”（Double diamonds）
。2019年，第一顆“雙鑽”在俄羅斯雅庫特（Yakutia， Russia）被發現；2021年，第二顆“雙鑽”在西澳大利亞（Western Australia）的埃倫代爾鑽石場（Ellendale Diamond Field）被開採出來。
2021年，在西澳大利亞發現的“鑽石中的鑽石” | 圖片來源：Wikipedia
形成後的鑽石，物理性質極其穩定。即使在地下深處高溫高壓的環境下，也幾乎不會發生改變，因此包含在其中的包裹體也可以保持原本的狀態。隨著火山噴發，地下深處的鑽石被帶到地表，成為我們研究地球深部物質的唯一來源。
根據鑽石中的包裹體，我們可以得知鑽石形成時的環境，分析地球深處的物質組成，探究地球內部的秘密
。
2022年1月15日，湯加（Tonga）火山爆發。正是伴隨著這種火山爆發，地球深部的物質才能被帶到地表，鑽石就是其中最重要的一員 | 圖片來源：Wikipedia
帶“餡”的鑽石，科學家的最愛
在眾多的物質中，作為生命之源的水，最令科學家們著迷。地球上的水，無時無刻不在進行著迴圈：江河湖海的水，在蒸發作用下進入大氣形成雲，雲遇冷凝結變成降水又回到了大地，山川草木涵養了降水，水順著土壤、岩石滲入地下，在岩土體的孔隙中經過漫長的運動又成為泉水勃勃噴湧而出，週而復始——這是
地表水迴圈（又稱水迴圈）
。
地表水迴圈（又稱水迴圈）的過程 | 圖片來源：USGS
地表水迴圈，滋養了生命，為動植物提供了生命活動所必備的水源。然而，在地表水迴圈之外，還存在著一個
“深部水迴圈”：在板塊運動的作用下，水隨著俯衝的海洋板塊進入地球內部，一直到達地幔深處，然後因岩漿活動重回地面
。相關分析表明，
地幔中的水量可能是地表海水體積的1/4～4倍
。
水隨著俯衝的板塊進入地下（標號5），在軟流圈甚至更深處運動（標號1），最終伴隨著火山噴發（標號3）、大洋中脊（標號12）和島弧（標號15）回到地表 | 圖片來源：Wikipedia
但是，地球內部的環境極其複雜。在高溫高壓的作用下，礦物大多呈脫水狀態，儲水能力很有限。地球深處真的有水嗎？它們到底在哪兒？以什麼樣的形式存在？我們如何才能見到地球內部的水呢？
如今人類鑽探所能達到的地下最深處也不過只有12千米，根本沒法獲取地球內部的物質。所幸，
大自然為我們提供了一個來自地球深部的信使——鑽石。攜帶著包裹體的鑽石，就如同一個時間膠囊，穿越時間與空間，把地球內部的資訊傳遞給我們
。
2014年，科學家們在一顆來自巴西的鑽石中發現了一種
尖晶橄欖石（ringwoodite）包裹體，這種包裹體具有很強的儲水能力。這顆鑽石來自地下410千米-660千米之間的轉換帶（Transition Zone），證明至少在轉換帶的區域性地區有水存在
。
一顆來自巴西（Juína， Brazil）的鑽石，內部含有的包裹體具有很強的儲水能力，表明地球轉換帶（地下410-660km）內可能存在水 | 圖片來源：Richard Siemens/University of Alberta
2018年，
在一顆來自地下610千米-800千米之間的鑽石中，科學家們發現了冰-Ⅶ（Ice-Ⅶ）的存在
。這是一種在高溫高壓下由水結晶而形成的冰，也是首次在鑽石中直接觀察到“水”。儘管非常微小，但是這無疑證明了在地下極端的環境下，水可以存在。
小知識
水分子在不同溫度和壓力下形成的冰，其內部氧原子、氫原子，以及水分子之間的排列形式不同，導致晶體結構不同。目前，科學家已經發現19種不同冰的晶體結構。我們平時看到冰、雪，都為Ⅰ型冰，水分子呈六面體排布。
鑽石中的水散射出的X射線（箭頭指向的白色部分）表明，在地球深部有水的存在 | 圖片來源：參考文獻
2022年，在一顆來自非洲波札那卡羅維礦（the Karowe mine， Botswana）的1。5克拉寶石級鑽石中，科學家們發現了一系列的礦物包裹體。這顆鑽石來自地下660千米深的地幔轉換帶處。對其包裹體的分析表明，這顆鑽石形成於一個富含水的地下環境中，說明在鑽石形成的地下660千米處，有水的廣泛存在。
左圖為鑽石中的包裹體5，含有水合尖晶橄欖石（Ringwoodite，Rw）+頑火輝石（Enstatite， En）+鐵方鎂石（Ferropericlase，Fp），右側包裹體1主要為頑火輝石（En）| 圖片來源：參考文獻
經鑑定，無色透明的包裹體1（a-c）和包裹體2b、包裹體6、包裹體8為頑火輝石；包裹體2a為含有頑火輝石與尖晶橄欖石接觸的雙相包體，2c則可能由尖晶橄欖石轉化而來；包裹體4中存在和鈣鈦礦的結構；包裹體10為鐵方鎂石。所有的包裹體，顯示這顆鑽石形成於富水環境中 | 圖片來源：參考文獻
由此可見，地球真是一個當之無愧的“水球”。廣闊的海洋，佔據了地表70%以上的面積，而深不可測的地下，竟然也是一個含有大量水的“汪洋世界”。地球淺部的水，對生命的產生與演化有著重要意義，哺育著萬物生靈，是名副其實的“生命之源”。那麼，地球深部的水，又有什麼作用呢？
其實，不僅生物離不開水，地球的“生命”也一樣離不開水。
水對地球內部的運動、演化具有重要意義
。水在板塊運動等過程中發揮了重要的作用；進入地下的水，可以降低地幔熔融溫度；岩漿中的含水量越多，就越容易引起火山噴發，爆炸性也越強；同時，水也是地球深部發生流體交代作用的主體，可以促進元素的傳輸，加強擴散作用，影響礦物和岩石的形成與轉換。此外，地震波的傳播也受到地球深部水的影響。
水在地球深部過程中發揮了重要作用 | 圖片來源：veer相簿
總而言之，一顆顆“大水貨”鑽石，沒能成為愛情的信物，卻因為其中含有的“水”，成為科學家們眼中的寶貝。
編輯：深淺