地表深處400公里至750公里的液態金屬 誕生世界最稀有的寶石──大型鑽石

作者國際中心 | 風傳媒 – 2016年12月18日 下午6:46

從1905年在南非發現的3106克拉「卡利南」（Cullinan），到2015年在波札納出世的109克拉「萊賽迪拉羅納」（Lesedi la Rona），幾乎每一塊大型鑽石都聞名世界。現在科學家宣稱，他們破解了這些稀有寶石的形成之謎。

美國寶石學院（Gemological Institute of America，GIA）等機構的研究人員在最新一期美國《科學》（Science）期刊上報告說，大型鑽石可能源自地表之下400公里至750公里的超深部，在液態金屬中形成。這項發現將能幫助推進認識地球的深部環境。

參與研究的美國寶石學院研究開發部總監王五一對新華社記者說：「半個世紀以來，人們一直在探索天然鑽石的形成機制，但由於涉及價值、保險等問題，科學家很難有機會研究大型鑽石，所以長期以來我們對大型鑽石的成因及其地學意義所知無幾。」

王五一表示，作為一家非營利機構，美國寶石學院「幾乎是世界上唯一有機會可以對大量大型鑽石做研究的機構」，因為許多鑽石的銷售都需要美國寶石學院的鑑定證書。該學院每天收到來自世界各地的數萬顆要求分級鑑定的鑽石，所以方便接觸到大量研究樣本。

最終，研究人員從數十萬顆鑽石裡挑選出30多顆大鑽石，其中最大的約400克拉。徵得鑽石擁有者同意後，他們檢測了鑽石加工切下來的邊角料，結果在其中發現了一些天然包裹物的雜質，其成分有鐵、鎳、硫、碳等元素。

鑽石的一個特點是，它在生長過程中會把一些周圍物質包裹在內。由於鑽石是純碳物質，非常穩定，包裹在其中的物質幾乎不太可能跟外界物質發生反應，因而保留了鑽石形成時周圍環境的特徵。從包裹物主要成分為鐵來看，大型鑽石應該是在液態金屬環境中形成的，這與小型鑽石的形成環境完全不同。

研究人員據此認為，大型鑽石在地球內部形成的深度要比絕大多數鑽石深得多，它們的形成深度可能是在地下400公里到750公里，而其他天然鑽石一般是在地下150公里至200公里的深度、攝氏1200到1400的溫度下形成的。後來這些鑽石伴隨著火山噴發等地質活動上升到地面。

天然鑽石可分為一型鑽石與二型鑽石，兩者主要區別是氮含量，二型鑽石的純度特別高，氮雜質極少，這種鑽石只佔天然鑽石的2%。藍色的鑽石是二B型，屬於半導體。

新發現可以解釋為什麼大型鑽石基本是二型鑽石，這是因為大型鑽石在液態金屬環境中形成，而氮會被金屬吸收，所以大型鑽石純度也較高。而絕大多數鑽石可能在矽酸鹽環境中通過其他化學反應形成，所以地下150公里至200公里處形成的鑽石容易包裹更多的氮，純度相對較低。

卡利南鑽石重3106克拉，相當於612.2公克，於1905年1月26日發現於南非的卡利南礦場。英國國王愛德華七世（Edward VII，1841-1910）擁有時，將它切割為9大塊及許多小塊，其中9大塊分別命名為卡利南一～九世（Cullinan I～IX），皆為英國王室珍藏。