正在阅读: 一颗钻石带来地球深处的秘密

一颗钻石带来地球深处的秘密

2018-09-03 09:18来源:《中国科学报》

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  ▲当期《自然》杂志封面

  ▲研究所涉及的部分蓝钻 图片来源:Nature,Smithet al., 2018

  昂贵的钻石往往被视为浪漫爱情的象征。8月,一颗天然蓝钻登上《自然》杂志的封面,不是因为它有多浪漫,而是因其背后的“巨大信息量”。

  在中科院地质与地球物理研究所矿产资源研究实验室研究员范宏瑞看来,人们可以发射卫星,知晓天外星球的存在,但对地球内部的了解却薄弱得多。

  地球的内核和覆盖层是怎样变迁运动的?地表的元素是如何被带到地球深处,再从地下数百千米返回至地上的?

  范宏瑞告诉《中国科学报》记者,研究钻石及其包裹的矿物质,能为人们了解地球深部和地球演化提供许多思路。

  “淡定”信使

  从闪闪发光的钻石、黑乎乎的石墨再到人体内的蛋白质,碳元素在地球上的形态千变万化,因原子排列分布不同而性质各异。

  俗话说“没有金刚钻,别揽瓷器活”。范宏瑞表示,钻石其实就是金刚石,能够保持亚稳定状态上亿万年,被包裹在钻石内部的矿物才不会受温度、压力等因素影响,从而达到新的化学平衡。

  钻石为何能在自然界中如此“淡定”?这跟它诞生的环境“压力山大”有关。

  地球内部每深入1千米,压力就会增加27.5兆帕斯卡,相当于275个大气压。在上地幔岩石圈和软流层的交界处,大约距地表150~200千米,压力约为4.5万~6万个大气压,且伴随着1000℃以上的高温,钻石就成为碳最稳定的存在形式。

  范宏瑞表示,20世纪80年代末,研究者在钻石中陆续发现了来自地球更深处的包裹体,其形成深度至少达700千米,即位于下地幔。

  “这里的金刚石更有可能稳定生长,体积更大,净度也更好,因此是用来研究深部地质的直接对象。”范宏瑞说。

  正因为钻石有这样的“真本事”,才能承担起“信使”的责任。

  穿越“蛋壳”

  中科院地质与地球物理研究所地球与行星物理实验室副研究员张驰告诉《中国科学报》记者:“越来越多的证据表明,人们在地球表层看到的现象,往往与地球深处的运动有密切联系。”

  可是在半径为6371千米的地球上,人类向地下钻出的孔最深不过1万多米。若将地球比作鸡蛋,人类目前能直接抵达的部分只有“蛋壳”。

  钻石如何帮助人们了解“蛋壳”之下的奥秘?科学家通过高温高压实验、热力学模型计算等手段推测,下地幔的主要成分之一是一类具有钙钛矿结构的硅酸盐。因为在常压下处于亚稳状态,这类物质在地表非常罕见。

  今年3月,一项发表在《自然》上的研究发现,一颗来自南非库里南矿的钻石内部含有钙硅酸盐(CaSiO3),且保留了高压钙钛矿结构,论证了先前推测。

  在8月初发表于《自然》杂志的封面文章中,美国宝石协会(GIA)的研究者与合作者通过研究“库里南之梦”等天然蓝钻,发现其中有钙钛矿结构的硅酸盐结构残余,与下地幔的主要成分相吻合,证明了它们从地球深处来的“身份”。

  此外,研究还发现蓝钻中存在硼元素。这种主要存在于地表的轻元素是如何进入下地幔的?张驰表示,这极有可能意味着原来位于地表的硼由于板块碰撞和俯冲进入地幔,再伴随岩浆活动与蓝钻一同返回地表。“这体现了元素在地表和地球深部之间复杂的迁移循环过程。”张驰补充道。

  看清“真心”

  钻石内部如此大的信息量,科学家是怎么看出来的?张驰表示,研究钻石包裹体中的矿物成分和微观结构,需要用到不同方法。比如前文提到的研究中,美国宝石协会的科学家主要采用了一种名为激光拉曼光谱检测的技术。

  这种技术快速、简便且无损,能够迅速鉴定物相、精细地分析物质化学结构。

  张驰介绍,拉曼光谱是一种光的非弹性散射。光在通过特定物质时,部分散射光的能量会发生微小的变化,而这种变化与对应的化学结构相关。将激光聚焦在钻石包裹体上,即可获得相应的光谱信息。由于物质结构不同,获取到的信息也不一样,“因此能分析出钻石包裹体内存在的矿物形式和流体组成”。

  此外,研究者还可利用钻石包裹体内的残余压力,通过热力学计算等方法,还原出钻石捕获时所处环境的压力条件,进一步确定钻石的来源深度。

  范宏瑞表示,研究钻石等包裹体矿物的元素含量能够反演金刚石源区的矿物、岩石学特征,以及地幔流体特征和地幔过程,“这对探索地球深部演化、气候变化、化石能源成因等问题都具有重要意义”。(任芳言)

[责编:张佳兴]

阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 2019中国国际大学生时装周在京落幕

  • 2019年印度大选投票结束

独家策划

推荐阅读
“脑语者”由天津大学和中国电子信息产业集团有限公司联合研发,拥有完全自主知识产权。该芯片的发布意味着科幻大片中的“意念控制”距离我们不再遥远,有望在医疗、教育、家居、游戏及特种行业等领域投入使用。
2019-05-17 20:27
在前不久举行的第34届深圳国际家具展上,由长春阔尔科技公司(以下简称阔尔科技)生产的一款智能化垂直滑动窗,吸引了众人的目光,凭借自身的科技魅力实力圈粉。不只是手机控制,刘建宏介绍,垂直滑动窗还安装了特制的风感、雨感传感器,使窗户可以随天气变化自动开关。
2019-05-17 09:33
“我们这台干细胞3D人体仿真产业化培养设备,在保证干细胞进入体内的归巢能力基础上,可以大规模提升细胞生产数量与效率,同时大幅度降低细胞的死亡率和突变率,细胞质量稳定性也远高于现有技术。
2019-05-17 09:30
抗生素超标的废水始终是许多市民心头的阴影。“用铜和铈两种金属作为活性组分,负载到轮胎炭上制备成催化剂,这是我们的最大创新点之一。
2019-05-17 09:30
正常情况下,适量减少碳水化合物,即主食摄入是一种防止腹主动脉瘤形成的非药理学干预手段。由此推论,临床p53缺失或者发生突变的患者,不能用控制主食摄入的干预手段来预防腹主动脉瘤。
2019-05-17 09:26
事实上,风、雨、雷电、严寒等不良天气是影响火箭发射的重要因素,SpaceX的发射计划因天气原因延误堪称“司空见惯”。1986年1月28日,“挑战者”号航天飞机不顾严寒天气和火箭工程师的警告强行发射,助推器上的橡胶圈受冷硬化损坏,导致推进剂泄露、航天飞机爆炸,7名宇航员遇难。
2019-05-17 09:24
5月14日,以色列第18届国家生命科学和技术周在特拉维夫大卫洲际饭店开幕。与会人士讨论了基因编辑和基因疗法、人工智能和数字化医疗、颠覆性和先进医疗设备、细胞疗法新模式、学术界和工业界联合、未来医疗保健、变化中癌症疗法、个性化药物和数字化医疗以及医用大麻前景等专业问题。图为Pangolin医疗公司CEO欧哈德·夏弗冉与公司生产的用于教学的人体心脏模型。
2019-05-17 09:24
记者16日获悉,世界气象组织于13日至14日在瑞士日内瓦举行的第二届世界多灾种预警会议上,地震预警四川省重点实验室主任王暾作为唯一中国代表作了“中国多灾种预警的一些进展”发言。
2019-05-17 09:21
大多数数据通过磁性硬盘中微小磁铁的指向(自旋)来编码二进制信息(0或1),磁读/写头需要使用大量电流来设置或读取信息,而这会浪费大量能源。”  研究人员称,未来的存储设备还将利用天线结构,实现实用的磁存储,同时最大限度提高能效和速度。
2019-05-17 09:21
甜菜是俄罗斯基因编辑研究计划中列出的4种作物之一。俄罗斯2016年的法律将转基因生物描述为具有“不能由自然过程产生”的基因修饰的生物;而新计划则认为,基因编辑技术——比如CRISPR-Cas9与传统育种方法无异。
2019-05-17 09:21
意大利公司研发的具有AI功能的鸡尾酒调配系统,该系统可以将158种酒类,按照消费者意愿进行自动调配。本报记者 田学科摄   展会上的机器人在学习模仿人的行为方式。在最后部分“无止境的进化”里,组织者着眼于物种发展的未来,设想创造一个新的物种以反映自然规律,以及适应这一趋势的人造生命形式。
2019-05-17 09:20
据开放获取期刊《BMC医学》16日发表的模型模拟显示,英国、美国、意大利、澳大利亚和爱尔兰5个国家,现行的疫苗政策或不足以实现和维持消除麻疹的目标,并且不足以预防未来麻疹的再度出现。
2019-05-17 09:19
其实,在北京城中,有着近600年历史的紫禁城古建筑不仅雄伟壮观,也兼具保温、隔热、排水等功能,彰显着古人对绿色建筑的精益求精。通常,紫禁城古建筑屋顶的木板基层之上,会分层铺墁各种泥背,如护板灰、青灰、麻刀泥等等。
2019-05-17 09:18
近日,《自然》杂志发表了来自NCD-RisC组织(非传染性疾病风险控制协作组织)的最新研究,指出农村居民已变成全球肥胖的主力军。3. 除非洲撒哈拉以南、南亚和其他地区的少数国家外,世界上大多数地区农村的饥饿、消瘦和发育迟缓正迅速被超重和肥胖所取代。
2019-05-17 09:14
中国卫星导航定位协会15日发布的《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书(2019)》显示,2018年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达3016亿元,较2017年增长18.3%。
2019-05-17 09:14
“我们一直也在思考,这次进入鸟巢,还有什么东西能给观众留下深刻印象。如果你看直播时曾注意鸟巢顶部,就会发现那里别有洞天——空中点矩阵3D成像装置。这一“天矩阵”由国内顶尖舞美和视频设计团队自主研发,在世界舞台上还是首次使用。
2019-05-17 09:13
南极、北极和青藏高原地区,是地球上的三个寒极,被统称为“三极”。程晓表示,三极天基观测系统建成后,能够为我国极地和气候变化科研提供关键科学数据和坚实科技保障,引领国际三极和全球变化研究。
2019-05-17 09:12
微信和支付宝数据显示,“五一”假期,微信支付线下消费日均笔数相比去年同期增长79%;人均使用支付宝消费金额近1800元,比去年同期增长逾一成。从全行业看,“五一”期间,银联二维码支付和银联手机闪付的日均交易笔数较去年同期增长5.1倍,交易金额同比增长5.3倍。
2019-05-16 10:19
无人起重机、配备2D坡度控制的液压挖掘机、替代普通燃料的甲烷动力概念轮式装载机……这些工程机械“大块头”也有“大智慧”。记者在现场看到,结合了物联网、人工智能等新兴技术,“能感知、会思考”的智能化新一代工程机械引人注目,成为展会亮点。
2019-05-16 10:16
最新数据显示,2018年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达3016亿元,北斗应用正在诸多领域迈向“标配化”发展新阶段。白皮书显示,北斗系统目前已广泛应用于交通、海事、气象、渔业、测绘、矿产、农业、林业、国土、水利、金融等十几个行业领域。
2019-05-16 10:15
加载更多