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钻石实际上比我们想象的要稀有
新的研究通过关注一种与钻石共生的特殊紫色搭档，揭示了形成钻石的动荡过程。
钻石因其品质而受到高度重视，但也因其稀有性而受到追捧。寻找钻石的一种方法是寻找与之相关的更常见的矿物，如富含铬的呈紫红色的榴辉石。
这种鲜艳的紫色榴辉石很容易被钻石勘探公司发现，在可能含有钻石的火山管下游和火山管内部都有沉积。紫色榴辉石的存在表明可能也有钻石。
此外，这种榴辉尖晶不仅在钻石附近发现，而且还经常在钻石内部发现。因此，通过增进我们对呈紫红色榴辉尖晶及其形成方式的理解，我们也可以增进对钻石形成方式的理解。
以前人们认为这种类型的榴辉尖晶不能在地球深处形成。理论认为它起源于一种浅层地幔中形成、富含铬的尖晶岩，在那里温度和压力更高——导致了榴辉尖晶岩形成。
我们最新发表在《自然》杂志上的研究使用了一个新模型来重新审视一个旧理论，该理论认为这些呈紫红色榴辉尖晶实际上是在地幔更深处(距今地表约100-250公里)形成。它还表明钻石可能比我们想象得更稀有。
钻石和呈紫红色榴辉尖晶的形成方式
钻石是元素碳的晶体形式，在非常高的压力和相对低的温度下稳定——通过强大的火山喷发意外地带到地表。
在地球地幔深处形成钻石所需的条件只在少数地方满足。钻石的地理分布非常不均匀，以南非、刚果、坦桑尼亚、加拿大、西伯利亚和巴西等地为代表。所有这些地方都以古老的大陆地壳为特征，其年龄在25亿至35亿年之间。
这些地壳下面有深厚的固体“根”——就像冰山的龙骨一样——由经过长时间强烈熔化而变得高度化学耗竭的地幔组成。
正是在这种耗竭的地幔中，它延伸到下面更热、更活跃的地幔250公里深处，钻石有最好的形成机会。那么它们富含铬的伙伴呢？
使用一个热力学计算机模型，我们能够证明呈紫红色榴辉尖晶可以在地球深处形成，在与钻石相同的深度。具体来说，这些榴辉尖晶是在极端高温上升流中形成，其压力和温度超过1800℃。
大陆如何长出它们的根
虽然这本身就是一个非常令人兴奋的发现，但更重要的是它支持了另外两个重要理论。
第一个与大陆为什么以这种方式形成有关——专家们一直对此进行推测。
如上所述，呈紫红色榴辉尖晶是在来自深处极端高温上升流中形成。我们的发现表明这些上升流随后使上层地幔部分融化并固定在原位，形成了大陆稳定基础。
换句话说，“根”是帮助大陆保持稳定数十亿年残留物，它们来自于产生呈紫红色榴辉尖晶岩同样产生部分融化事件。
钻石的稀有性
第二个重要的推论与钻石的稀有性有关。
一些研究人员认为钻石原本并不稀有，但由于大陆板块在地球上移动，地幔根部被侵蚀和改变，导致许多钻石被摧毁。我们的模型提供了另一种观点，即钻石可能一直都很稀有。
我们如何评估钻石所需的摇篮——大陆根部高度耗竭的地幔碎片——是曾经普遍而随着时间变得稀少，还是一直都很稀少？
当强烈的熔化事件发生在早期地球时，熔体本身以非常流动的岩浆形式喷发到大陆表面，称为“科马提岩”。这些岩浆被保存下来，并被广泛分析。它们有不同的成分，我们的模型预测了哪些能够与富含铬的呈紫红色榴辉尖晶同时形成。
我们从数万次科马提岩的化学分析中知道，与这种榴辉尖晶相关联的特定成分非常罕见。那是因为为了形成它，岩浆必须与经历过多次熔化事件而异常耗竭的地幔发生相互作用。只有8%-28% 的科马提岩符合这一条件。
由此我们可以推断，无论是榴辉尖晶还是它们来自的非常耗竭的地幔区域，在早期地球上都一直很罕见。而且因为钻石对这些特殊岩石有亲和力，它们也必然一直很罕见——使它们更加引人注目。
本文译自 IFLScience，由 BALI 编辑发布。