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鉆石科普篇(三):有鉆石的地方曾經有過植物嗎?

時間:2018-12-24 17:25:18    來源:百家號

最近有個人為了我這樣的一個問題:“鉆石的主要構成元素是什么?如果是碳元素,那么有鉆石的地方是否就代表曾經有過植物?”

這個問題很有意思,也將這個問題分享給大家

首先回答第一個問題。

鉆石主要組成元素確實是碳,并且碳的成分占到總成分的98%以上,其余的元素主要為N跟B,N元素會導致鉆石呈現黃色、褐色等顏色,B主要使得鉆石的顏色成為藍色,并且藍色鉆石是鉆石中唯一的半導體;其余顏色的鉆石,主要與鉆石內部的晶格缺陷有密切的關系。

第二,有鉆石的地方曾經代表有過植物嗎?

其實這是一種對碳元素的一種誤解,碳元素能夠形成很多中形式,由于我們日常生活中所接觸到的碳主要與植物、動物有關系,比如說煤炭、石油這些含碳的有機物的存在,確實代表著曾經有生命(注意是生命,不僅僅包括植物,也包括動物)的存在,并且我們所接觸到的衣食住行都與碳密切相關,并且與動植物密切相關,吃的蔬菜、瓜果、魚肉是動植物;衣服用到的純棉材質是植物等等,但是這些也僅僅是碳的一種存在形式而已。

雖然說,我們日常生活中的接觸到碳主要與生命有關,但是世界上,地球中的碳主要以石灰巖和白云巖的形式存在,也就是說,地球中多數的碳已經被固結在巖石中了。

在網上看到有人說:“碳在地球上不算什么稀有的元素”,實際上,碳元素也僅僅是在我們生活的生物圈中是最常見的而已,我們看看下圖為《地球元素豐度值》,摘自《地球化學》(韓吟文,2003),從下圖我們可以看到,地球物質中有90%是由Fe、O、Si和Mg四種元素組成的,大于1%的元素包括Ni、Ca、Al和S;Na、K、Cr、Co、P、Mn、Ti的含量在0.01%~1%范圍內,所以,可以認為,地球幾乎是由15種元素組成的,其他元素的總百分比是微不足道的,所以C在地球的組成中,所占的比重簡直太小了。

那么鉆石中的碳元素是從何而來呢?

其實對于這個問題,到目前也沒有一個特別好的答案,由于鉆石形成的深度較深,約150-200公里處,由于觀察尺度有限,地球科學家們不肯能直接觀察到鉆石的形成過程,所以只能通過一些間接的手段來進行推測。

1、地幔中的碳直接供給——主流觀點

地幔中本身就是存在碳的,其證據主要是根據一些從地幔上來的噴發的火山中含有二氧化碳氣體,另外,鉆石的C同位素組成也證明鉆石中碳主要來源于地幔,但是地幔中的碳含量應該是極少的,無論怎樣,都會給鉆石的形成提供一定的碳源,在合適的條件下,形成鉆石;

2、有部分地殼碳循環的參與

一般認為E型鉆石的碳來自于俯沖的洋殼碳酸鹽和有機質的混合,或者為洋殼中的碳酸鹽與地幔中的碳共同為鉆石的形成提供碳源,主要證據是由于金剛石有較大范圍的同位素變化,洋殼中的碳酸鹽主要是由打樣板塊的俯沖密切相關。不過具體的形成機制也有一定的爭議。

下圖是上地幔鉆石的成因示意圖(引自路鳳香,2011,地幔的窗口:金剛石)

下面分享一下鉆石的陰極發光圖片,通過陰極發光,可以很好的觀察到鉆石的結構特征,從而判斷鉆石的生長歷史,在鉆石的環帶中,進行不同的分析,就能夠定量或者定性的指示鉆石的生長,甚至指示地球深部的某些信息。

好了,再次回歸到問題中去,鉆石中的碳主要是由地幔供給的,或者不同來源的碳共同為鉆石的形成提供碳源,如果真的洋殼碳酸鹽(這部分碳酸鹽有可能更有生物成因的碳酸鹽)的帶入,那也是離開了曾經應該有的位置,并且洋殼在俯沖在大陸地殼之后,可以理解為已經不復存在了,所以鉆石的存在,并不代表曾經有生物的存在。但是鉆石的存在,卻代表著當地曾經有著巨厚的巖石圈(不過現在已經減薄了)。

鉆石是個很有意思的東西,除了能夠做珠寶首飾以外,詳細的研究鉆石,還能為我們了解地球的成因提供很多重要的證據。

好了,關于這個問題就回答到這里,希望對大家有所幫助。

來源https://baijiahao.baidu.com/s?id=1620667274043769330&wfr=spider&for=pc

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