新研究表明它们一直很稀有

新研究通过追踪在钻石旁边发现的独特紫色伴星，揭示了钻石形成的动荡过程。

钻石因其品质和稀有性而备受推崇。寻找它们的一种方法是寻找更常见的伴生矿物，例如富含铬的镁铝榴石石榴石。

这种充满活力的紫色石榴石很容易被钻石勘探公司发现，存在于可能含有钻石的火山管道下游的沉积物中，以及管道本身。紫色石榴石的存在表明钻石也可能存在。

此外，这种石榴石不仅存在于钻石附近，而且始终存在于钻石内部。因此，通过加深对镁榴石石榴石及其形成方式的了解，我们也可以加深对钻石形成的了解。

以前人们认为这种类型的石榴石不可能在地球深处形成。该理论认为它起源于另一种富含铬的矿物，称为尖晶石，它形成于地幔的浅层，然后被推到温度和压力较高的地方——导致石榴石的形成。

我们于 3 月 15 日发表在《自然》杂志上的最新研究使用了一种新模型来重新审视一个旧理论，该理论表明这些镁铝榴石石榴石实际上是在地幔深处形成的，大约在现在地表以下 100 公里至 250 公里处。它还表明钻石可能比我们想象的更稀有。

钻石和镁铝榴石石榴石是如何形成的

钻石是元素碳的结晶形式，在非常高的压力和相对较低的温度下稳定——通过强烈的火山喷发意外地带到地表。

红榴石石榴石的颜色范围从淡紫色到紫色。它们的颜色反映出高金属铬含量。图片来源：Shutterstock

只有少数几个地方具备在地幔深处形成钻石的必要条件。钻石的地理分布非常不均匀，主要集中在南部非洲、刚果、坦桑尼亚、加拿大、西伯利亚和巴西。所有这些地方都以 2.5 至 35 亿年的古老大陆地壳为特征。

这个地壳下面是深深的固体“根”——就像冰山的龙骨——由地幔构成，随着时间的推移，地幔的化学物质已经高度融化。

正是在这个耗尽的地幔中，它延伸到下方更热、搅动的地幔中达 250 公里，是形成钻石的最佳机会。那么他们富含铬的伙伴呢?

使用热力学计算机模型，我们能够证明镁铝榴石石榴石可以在地球深处形成，与钻石的深度相同。具体来说，这些石榴石可能是在极端压力和温度超过 1,800 摄氏度的剧烈加热事件中形成的。

大陆如何扎根

虽然这本身是一个非常令人兴奋的发现，但更重要的是它为另外两个重要理论提供了信息。

第一个与大陆形成的原因有关——专家们长期以来一直在猜测这一点。

如上所述，镁铝榴石石榴石是在来自深处的极端高温上升流中形成的。我们的研究结果表明，这些上升流随后将上地幔融化到位，形成了大陆的稳定底部。

换句话说，帮助大陆保持稳定数十亿年的“根”是产生镁铝榴石石榴石的同一地幔融化事件的残余物。

钻石稀有度

第二个主要推论与钻石的稀有性有关。

一些研究人员认为，钻石最初并不稀有，但由于大陆板块在全球移动，地幔根被侵蚀和改造，许多钻石被摧毁。我们的模型提供了另一种观点，即钻石实际上可能一直很稀有。

我们如何评估必要的钻石摇篮——大陆根部高度贫化的地幔碎片——曾经很常见但随着时间的推移变得稀有，或者它们是否一直很稀有?

当早期地球发生强烈的熔化事件时，熔化物本身会在大陆表面喷发，形成非常流动的熔岩，称为“科马提岩”。这些熔岩被保存下来并被广泛分析。它们具有不同的成分，我们的模型预测其中哪些可能与富含铬的镁铝榴石石榴石一起形成。

我们从数以万计的科马提石化学分析中得知，与这种镁铝榴石石榴石相关的特殊成分非常罕见。那是因为为了形成它，岩浆必须与经历过许多融化事件的异常贫化的地幔相互作用。只有 8%-28% 的科马提石符合此要求。

由此，我们可以推断，镁铝榴石石榴石以及它们来自的非常贫瘠的地幔域一直都很稀有——即使在早期地球上也是如此。由于钻石对这些特殊的岩石具有亲和力，因此它们也一定一直很稀有——这使它们更加引人注目。

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