一块废料堆里不起眼的石头如何解开长期以来的钻石之谜

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，揭开了围绕钻石在地球古老大陆的深层根部形成的一个长期的地质之谜。主要作者、昆士兰大学博士生卡尔-沃尔什与昆士兰大学教授巴尔兹-坎贝尔和爱尔兰三一学院的艾玛-汤姆林森一起，最近在权威杂志《自然》上发表了他们的研究成果。

沃尔什说，他的硕士研究涉及对一块从岩石圈底部回收的非洲大陆的岩石进行计算机建模，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，一个大陆的主要部分实际上是你从未见过的部分。

"如果你想到一座冰山--可见的部分--如果你只是让一座冰山漂浮在海面上，它就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，昆士兰大学博士生研究员，与昆士兰大学教授巴尔兹-坎贝尔一起在《自然》杂志上发表的一篇论文的主要作者。卡尔正在看一个石榴石围岩的立方体。这种石榴石的颜色显示了铬的存在，而铬是钻石存在的一个指标。

"我们基本上有了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早期的地幔，我们采用了这种起始成分，并模拟了如果它被逐渐融化会发生什么，以及什么会被留下。而这种材料就是形成今天仍然存在的古代大陆根部的大部分。"

昆士兰大学理学院、地球和大气科学学院的Kamber教授说，这项研究的目的是利用计算机模型来观察这些深层根部可能是如何形成的。

"该模型基本上预测了当你改变地幔的温度时，哪些矿物和熔体会出现。因此，这是一个预测工具，你可以与实际矿物和岩石的成分进行比较，"坎贝尔教授说。

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，最后被放在了位于南非北开普省金伯利市的传奇性金伯利钻石矿的"废料堆"中，该矿最出名的是"大洞"--一个露天和地下矿的组合。

他们所建模的这块岩石，即石榴石哈兹伯格岩是在金伯利岩管道中被带到地面的。这块岩石是由坎贝尔教授取回的--他专门研究岩石学，这是地质学的一个分支，研究岩石及其形成条件。

他小心翼翼地用大锤将岩石敲碎，使其达到可以成功运回家的大小。

"看到这些被保存下来是如此令人兴奋，它极其古老--33亿年的历史。可能是大多数人将会握在手中的最古老的岩石，"坎贝尔教授说。

这项研究解决了钻石及其形成温度的难题，因为如果加热过度，钻石会变成石墨。

"但是，当我们看到含有钻石的岩石时，它们必须被加热到巨大的温度，"沃尔什说。"那么，为什么恰恰是那些经历了最高温度的岩石最终拥有了钻石?"

他们的研究挑战了现有的两步浅层"熔化和堆积"的解释。

"以前，人们认为大多数大陆的古代深层根部会有钻石，这些钻石随着时间的推移而被破坏，因为大陆的底部不断被富含挥发性的熔体和流体侵入和侵蚀，"沃尔什说。"我们的工作表明，实际上，情况可能并非如此，今天的钻石是罕见的--而且事实上一直是罕见的。而这是因为我们第一次可以知道钻石的摇篮中缺少什么，我们可以去地表寻找它。"

坎贝尔说，在现今的地球上，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。这些被称为地幔羽流。而我们在夏威夷和冰岛有这些表现，我们正在研究的是古代羽流的影响--当比我们现在的温度高得多的羽流击中一个正在成长的大陆的底部时。

自从进行这项研究以来，沃尔什已经前往堪培拉，在澳大利亚国立大学地球科学研究学院的实验室里重新制作类似的岩石。