趣味科普：为什么钻石会有不同的颜色？

绝大多数经过打磨的钻石都晶莹剔透、光彩夺目，但有些钻石却呈现出意想不到的颜色，如蓝色、绿色，甚至粉色。那么，为什么有些钻石会呈现不同的颜色呢？

钻石并非总是无色的；它们也可以是蓝色、黄色、绿色甚至粉色的。是什么让这些宝石拥有如此多样的色调？

本质上，钻石由单一元素构成：碳。澳大利亚科廷大学地质学高级研究员卢克·杜塞表示：“它就是纯碳。”在极高的压力下，碳被锻造成珍宝。钻石通常在地表以下100多英里（161公里）的地幔深处形成。在那里，压力和温度极端到足以让碳原子紧密结合成稳定的晶格结构。

形成之后，钻石需要非常迅速地上升到地表，其晶格结构才能保持完好。这通常发生在火山爆发将岩石从深处喷发出来的时候。如果钻石长时间停留在深处，它们可能会在数百万年的时间里熔化或转变为石墨。

史密森尼国家自然历史博物馆宝石矿物策展人加布里埃拉·法尔凡指出：“我们其实非常幸运能够发现它们，因为它们必须从地球深处被‘驱逐’出来。”

大多数钻石是无色的。但法尔凡表示，普通钻石有几种途径可以转变为“彩钻”。

首先，像所有矿物一样，钻石在形成过程中可能会混入杂质。这些瑕疵是除碳以外的元素被整合到宝石结构中。但由于碳分子非常小且排列紧密，很少有元素能进入钻石内部。法尔凡说：“能替代（碳原子）的元素非常少。”

然而，也有少数例外。氮元素（在元素周期表上是碳的邻居）可以渗入钻石晶格，形成黄色或橙色钻石。硼（另一种原子半径较小的元素）则能造就引人注目的蓝色钻石，例如著名的“希望之钻”。

放射性辐射也能使钻石呈现绿色。法尔凡解释说，如果钻石附近的岩石含有铀，铀可能会“排出原子，在钻石结构中产生空位”。

钻石的颜色也可能源于结构变形。粉色和红色钻石就是这样形成的。这些宝石之所以呈现其独特色调，是因为它们在地球深处时，其碳晶格发生了扭曲。

钻石必须以恰到好处的方式被“挤压”才能呈现出粉红色或亮红色调。杜塞说：“这有点像‘金发姑娘原则’。”如果钻石承受的压力过大，它会变成棕色；如果压力不足，它则保持无色。“棕色钻石很多很多，而粉色钻石则非常、非常稀少，”杜塞指出。

有趣的是，由于粉色和红色钻石的这种形成方式，科学家可以通过分析这些宝石，精确了解它们在地壳中形成的地点和时间。一个地区的地质过程会在钻石的变形中留下独特的“签名”。法尔凡表示：“因此，粉色（和红色）钻石是唯一有可能尝试追溯其地理来源的钻石。”

例如，杜塞研究了来自西澳大利亚阿盖尔矿（世界最大钻石矿之一）的粉色钻石。通过观察宝石的结构，他和同事们精确推断出这些宝石是在13亿年前地球第一个超大陆分裂期间形成的。这项研究成果发表在2023年的《自然-通讯》期刊上。

法尔凡指出，最近在史密森尼国家自然历史博物馆展出的“温斯顿钻石”就是亮红色的。根据发表在《宝石与宝石学》期刊上的分析，它很可能产自委内瑞拉或巴西的某个地方。

研究这些彩钻也可以成为科学研究的实用工具。杜塞说，它们可以帮助研究人员了解地球内部发生的事情，以及碳循环在整个地球历史中是如何变化的。

这些钻石之所以特别，是因为“地球是在如此独特的条件下孕育了它们，”法尔凡说。“它们的存在本身就是一个奇迹。”

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