新的钻石产区即将揭晓？第一个到场的为何是他们

20年前，在非洲南部的卡拉哈里沙漠深处，托马斯·格农第一次来到开采钻石的金伯利岩矿场，“温度骤升，爆炸声在墙壁上回荡——就像是一场火的洗礼，如同走进地狱”。而且，钻石矿内到处都是摄像头。他还被警告：只要在他身上发现任何钻石，不论他是否有意携带，都会招致极大麻烦。

不过，格农来这里并不为了挖钻发财，而只是想揭开地球上最大的谜团之一——钻石的确切形成过程。在地质学家心中，钻石有着比财富更特殊的价值：它们就像时间胶囊，蕴藏着远古地球的秘密。

很久很久以前，在极其炎热而人不能至的地幔深处，由自然力量锻造出的钻石随着岩浆以超音速喷射到地表，形成金伯利岩。迄今为止，地质学家对这个确切过程仍知之甚少，因为在几百万年前，将钻石推向地表的金伯利岩喷发活动似乎就已停止了。

经过多年探寻，如今在英国南安普顿大学任职的格农和研究伙伴偶尔发现了一处可能可以全面研究金伯利岩喷发过程的模型。在研究过程中，他们从中发现了钻石的形成过程和机制，还发现了一个极其诱人的前景：金伯利岩喷发可能并未终止，钻石还将从地幔喷涌而出。

地球深处的“历史学家”

人们一般认为，煤炭在地下受到高温高压，从而使碳原子重新排列形成钻石。但在模拟地球深处极端温度和压力的地球化学实验中，地质学家却发现了不同线索——有些钻石可能是在地幔中直接形成的。

地幔是一个固态但流动的地层，富含碳的物质在这里受到极致挤压和排挤，最终长出了纯净的碳晶体棱柱。其他钻石则可能是在构造板块被推入地幔时产生的：板块下沉时，会拖拽着其中的有机物质一同沉降，包括海洋中的碳酸盐类矿物。不断升高的温度和压力使这些碳酸盐的化学性质变得不稳定，最终碳被挤出并形成了钻石。

未经打磨的钻石和切割处理后的钻石（图/Pixabay）

大自然锻造钻石的方法也许还有几十种，但无论采用哪种“工艺”，通常都发生在地球形成的早期——绝大多数钻石的年龄超过10亿年。美国华盛顿特区卡内基科学研究所的地球化学家史蒂夫·希雷说，他们分析过的最古老钻石来自约35亿年前。

钻石是地球变迁的幸存者，它们经受住了几乎一切考验，这也使它们成为地球深处的“历史学家”。那些在钻石形成时被“囚禁”在钻石内部的矿物质和流体碎片（被称为“包体”或“包裹体”），成为数十亿年前原始地球化学记录的保存者。加拿大哈利法克斯达尔豪斯大学的实验岩石学家亚娜·费多楚克说，“得益于钻石的出现，我们才知道地幔中散布的水，至少与一个大洋相当。”

火山喷发让钻石现身

钻石得见天日的唯一途径是“搭乘”火山喷发的“便车”。

直到1869年，人们才从河流的沉积物中发现了钻石，同年钻石又在南非多座农场的火成岩（亦称“岩浆岩”）中被发现。这些火成岩被命名为“金伯利岩”，它们是一种极端火山喷发活动的产物。

迄今为止，全球发现了大约6000个金伯利岩层，分布于包括南极洲在内的各大洲，但主要位于非洲南部，其中约3%含有相当大块的钻石。所有这些岩层都起源于喷发。但与典型的火山喷发不同，金伯利岩喷发极为怪异。

南非金伯利岩矿坑

首先，金伯利岩浆就与众不同。大多数火山熔岩都是在地壳中沸腾冒泡，然后转变成在地表喷发的成分复杂的熔岩。但金伯利岩浆则直接喷发含有来自地幔深处的流体和矿物质，甚至还有大块的半完整岩石。

“金伯利岩的喷发带出了地幔更深处的物质。”加拿大阿尔伯塔大学地球化学家格雷厄姆·皮尔逊认为，这意味着金伯利岩的喷发必须迅速。因为当岩浆从地幔升至地壳时，喷发物质中的碳会转化为二氧化碳气体，使岩浆变成“表面起沫的导弹”。

“岩浆携带着钻石和整块整块的地幔岩石加速流动。”瑞士苏黎世联邦理工学院的金伯利岩研究员安德烈亚·朱利亚尼说，“这些物质以超音速上升，就好像火箭发射，在达到上地壳的某处时，嘭！”

其实，并没有人亲眼目睹过金伯利岩的喷发，地质学家只是拼凑细节，提出一些情况发生的可能性：也许炽热的岩浆遇到冷水，引发了剧烈的蒸汽爆炸；也许是熔融物质中包裹的气体在喷发中剧烈膨胀——金伯利岩喷发总伴随着一次接一次的连环爆炸。

如果喷射物冲破地表，在岩浆通道扩张的同时，火山口也会扩大——不仅有火成碎屑流，还会有巨大的喷发羽流。经过数小时的爆炸，当喷发结束时，除了一个豁开的火山口、一些凝固的岩浆碎片（称为“岩脉”），还会留下一条延伸到地壳的管道。

经过数百万年后，金伯利岩现在残存的结构主要是深埋于地下、可长达几公里的垂直岩石管道，有的像香槟酒杯，有的像胡萝卜——就是这些管道，曾经将岩浆输送到地表。

在火山学领域“考古”

金伯利岩浆喷发约始于20亿年前，约1亿年前达到顶峰，当时地球被恐龙统治着。在很长一段时间里，地球上已知最年轻金伯利岩的年龄为3000万至4000万年，但在更年轻的地质记录中，它们就消失了。

科学家们对此既着迷又困惑，因为破解活火山喷发的行为和诱因本就已经很难，而要了解沉寂已久的金伯利岩，相当于在火山学领域做考古学研究，更是难上加难。

历经漫长年代，金伯利岩形成的管道中早已充斥着各种杂乱无章的垃圾，对研究形成极大干扰。好在经过几十年充分研究，格农和他的同事们对金伯利岩的喷发行为和潜在起源有了一定了解。“可以肯定的是，它们位于地幔深处，年代久远，并含有各种形式的碳。”

此外，研究人员还有一项惊人发现：金伯利岩喷发并不是在世界各地连续发生的，其频率随着时间推移而发生脉动。皮尔逊说，金伯利岩喷发约在5亿年出现过一次高峰，此后是3.7亿年前、1亿年前。而且，在这些峰值以外的时间，金伯利岩喷发活动就很少见。

这些金伯利岩喷发的年代乍看起来很奇怪。但是，地质学家们在混乱中找到了秩序：金伯利岩的喷发与大陆的解体相吻合，包括超大陆（比如恐龙曾栖居的盘古大陆）的解体。有专家认为，也许是大陆碎裂时留下的豁口，为金伯利岩提供了穿越地球内部的通道。

喷涌之谜在大陆核心

但地质学家又提出了一个问题：几乎所有的金伯利岩都是在古陆核中发现的，而非在大陆断裂处。

古陆核，又名克拉通，是指大陆地壳上长期稳定的构造单元。它们往往有几十亿年的历史，即使超大陆断裂，这些克拉通仍完好无损。这意味着金伯利岩浆选择了大陆最厚、最坚硬的部分去穿破，那是阻力最大的一条路径，大多数喷发活动往往会选择避开。这似乎是无法解释的。

直到去年，格农和他的同事们才恍然大悟。在比较金伯利岩的出现与各种大陆分裂时间时，研究小组意识到，大多数金伯利岩喷发是发生在大陆张裂出现约2600万年后。虽然有些喷发活动发生在大陆的新裂痕附近，但大多数都出现在厚厚的大陆内部。

格农和他的团队用计算机来模拟板块移动对地幔的搅动，由此得到了金伯利岩冲破古陆核的原因和路径。“当大陆板块拉伸撕裂时，就开辟出了新的空间，地幔中所有炽热物质都涌上来填补这个空间。”格农解释，这种上涌会在地幔中地势较低、延展性较强的部分造成流体漩涡风暴，并由此将不稳定接二连三地传导进大陆内部，直到削弱坚硬的古陆核。

这些漩涡风暴侵蚀着大陆中由岩石组成的底部，带走了一些被水浸透的岩石。而这些岩石底部恰好有大量富含碳的岩石。在这里，地幔的极端高压环境使这些岩石产生了第一批富含碳的金伯利岩浆。

当金伯利岩浆积累到足够多时，它们就会穿过被“啃噬”松动的大陆核心，形成一系列令人眼花缭乱的金伯利岩喷发——完成这一过程大约需要2600万年。

新一轮钻石喷发将至

为了解开谜团，格农等地质学家花了大量时间探索钻石矿。由于钻石的财富属性，金伯利岩矿经常被钻石勘探者炸得四分五裂。格农所需要的证据“现在不是戴在某人手指上，就是被粉碎”。

格农第一次亲眼见到钻石是在2007年博士毕业后。当时，他正走在加拿大近北极地区一片冰湖下的矿井里，正在-50℃的极端低温中瑟瑟发抖。他说，这种环境与非洲矿山的对比“极其奇特”。突然，他手电筒的光照到墙上，闪出晶莹的光芒来——这是一颗10克拉的钻石。

当然，格农没有带走这颗钻石，他带走的是开创性发现。如今，他的研究成果不仅总结了历史规律，也指向了未来。

2012年，科学家们在坦桑尼亚的伊格维西山火山研究时发现，这里熔岩的化学成分正是金伯利岩，其中一些火山岩的年代距今只有约1万年。而此前已知最年轻的金伯利岩年龄约为3000万年。这一发现奇迹般改写了地球上最年轻金伯利岩的纪录，因为其诞生时间在地质学上相当于“昨天”。

坦桑尼亚火山爆发景象

这也让研究人员感到困惑，因为当前世界在板块构造上相对平静，并未处于超大陆毁灭时期。但这一发现却与格农团队描述的金伯利岩起源不谋而合——坦桑尼亚位于一片古陆核上，同时也受到东非大裂谷的影响。东非大裂谷是两个分离的构造板块之间产生的大断裂，始于2500万年前。

这意味着，伊格维西山火山可能代表了一种前奏，标志着该地区将迎来金伯利岩喷发活动的新高峰。格农对此感到分外欣喜，因为“这似乎是一次难得的检验模型的机会”。

也许有一天，行走在东非海岸上的人们会看到，遥远的内陆喷发出一道火光，照亮了夜空。被困在地底深处数十亿年的钻石将散落在大地之上。科学家们将满怀敬畏地注视着这一切，并等待从中发现地球的新秘密。

原标题：《新的钻石产区即将揭晓？第一个到场的为何是他们》

栏目主编：许琦敏 文字编辑：刘琦 图片来源：除注明外均视觉中国

来源：作者：寒潮/编译