对于大多数珠宝商来说,浑浊、淡黄色的“含纤维钻石”实在太过难看。但对科学家来说,它们的晶体结构却隐藏着非常珍贵的秘密,可以用来追溯10亿年前甚至更久的历史。
耶路撒冷希伯来大学的地球科学家雅各布·魏斯和同事将一些产自南非的含纤维钻石打碎,提取了被困在其中的少量液体。这些液体自钻石形成时就已经存在了,它们拥有独特的地质记录,能够展示在很久以前地球的深处到底处于什么样的环境中。
这些液体还含有铀元素和钍元素,它们会衰变产生氦4,并逐渐从钻石的晶格中泄漏出来。没有人知道精确的泄漏速率,但科学家却需要用它来确定钻石的年龄,甚至进一步揭开地球深处的历史。
通过对衰变过程以及氦4可能泄漏的速率进行建模,魏斯和同事对这些钻石的形成时间给出了一个宽泛的年代范围。根据钻石形成的地点,他们还把一些不可能的年代排除掉了。结合这两方面的数据,科学家得到了氦4泄漏速率的上限。随后,他们将这个速率应用到了正在研究的含纤维的钻石上,相关研究成果发表于《自然·通讯》杂志。
团队的研究成果指出,这些液体属于3个不同的时期,每个时期都与地表发生的巨大变化相吻合。最古老的钻石的年龄在7.5亿~26亿年之间,最终科学家确定,它的形成时间在大约10亿年前。当时的构造作用正在如今的非洲塑造崎岖的山脉。处于中间阶段的钻石形成于5.4亿~3亿年前,与纳米比亚诺克卢福山脉的形成时期相吻合。最年轻的钻石形成于1.18亿~8500万年前,随后它就被一次火山喷发活动带到了上地壳。
此外,最古老的钻石的液体中还富含碳,而中间阶段和最年轻的钻石的液体中则分别富含二氧化硅和盐。这可能也反映了重大的地质变化。例如,最年轻的钻石中的液体可能是在洋壳被推入大陆地壳深处时形成的。
加拿大艾伯塔大学地球科学家叙泽特·蒂默曼说,在地球深处,没有任何其他岩石或矿物像钻石一样,能在内部变化如此之少的情况下抵达地表。因此,钻石中的液体为了解上地幔和岩石圈提供了一个罕见的机会。蒂默曼说:“钻石里的这一切基本就是时间胶囊。”
接下来,研究人员计划研究其他地区的钻石,看看它们的形成和地表事件之间是否也有类似的相关性,魏斯说:“我们需要进一步思考如何利用这些关联,将其用于研究地幔和岩石圈的演化。”