鉆石是如何形成的？鉆石形成的條件

國(guó)石文化 2024年03月17日 04:04 7 國(guó)石之家

鉆石是如何形成的？鉆石形成的條件

【/h/]【/h/]鉆石的結(jié)構(gòu)組成【/h/]【/h/]早在18世紀(jì)晚期，科學(xué)就證明了珍貴的鉆石和普通的石墨都是由碳原子組成的。【/h/]【/h/]當(dāng)碳原子以六邊形環(huán)狀層排列時(shí)，就形成了石墨這種低硬度的高溫耐火材料；當(dāng)碳原子以立方體形式密集排列并通過(guò)共價(jià)鍵相互連接時(shí)，自然界中最堅(jiān)硬的寶石-鉆石就形成了。眾所周知，地球上大部分碳以碳酸鹽（如石灰石）和碳?xì)浠衔铮ㄈ缡停┑男问酱嬖?。雖然從地幔深處噴發(fā)的火山含有CO2氣體，證明地幔中存在碳，但地幔中的碳含量相當(dāng)少。【/h/]【/h/]鉆石的碳同位素組成表明它們?cè)醋缘蒯！? 那么，地幔中的少量碳在什么物理化學(xué)條件下才能形成具有特殊結(jié)構(gòu)的鉆石，這成為人們研究鉆石成因的重要課題。【/h/]【/h/]鉆石的形成迄今為止，世界上大多數(shù)鉆石主要存在于金伯利巖中。金伯利巖是一種堿性超基性巖，主要分布在穩(wěn)定地區(qū)的深大斷裂帶中。其產(chǎn)狀為爆破巖管和火山頸，或巖壁和巖脈，時(shí)代主要為白堊紀(jì)。金伯利巖多為深色，以灰綠色居多。礦物成分非常復(fù)雜，包括金伯利巖原生礦物、從上地幔和地殼捕獲的礦物以及后期蝕變的礦物。【/h/]【/h/]根據(jù)含金剛石金伯利巖中捕虜體的特征，可分為橄欖巖金剛石和榴輝巖金剛石。橄欖巖金剛石包裹體顯示其形成溫度為900 ~ 1 300℃（平均1050℃），壓力為（45 ~ 60）×108 Pa，相當(dāng)于地球上120 ~200 km的深度。榴輝巖金剛石包裹體的研究結(jié)果表明，它們的形成溫度約為1 250℃，壓力數(shù)據(jù)也表明它們可能來(lái)自1880年。金剛石形成的溫度和壓力條件反映了金剛石在漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)代（古生代以來(lái)）中形成于大陸地殼穩(wěn)定、變形較小的克拉通地幔環(huán)境。因?yàn)檠髿は孪喈?dāng)深度的相應(yīng)溫度（高達(dá)1500 ~ 1700℃）高于克拉通下的溫度。目前地球上穩(wěn)定的克拉通地區(qū)包括加拿大、南部非洲、巴西、澳大利亞、西伯利亞以及中國(guó)的華北地臺(tái)和揚(yáng)子地臺(tái)。鉆石的產(chǎn)量與這些地區(qū)厚厚的巖石圈有關(guān)。【/h/]【/h/]通過(guò)實(shí)驗(yàn)室高溫高壓實(shí)驗(yàn)，建立了碳在不同狀態(tài)下的穩(wěn)定區(qū)域，由此可以推斷金剛石可能的形成溫度和壓力。從高溫高壓下的實(shí)驗(yàn)可以知道，特別是在高壓下，可以形成具有粗顆粒的八面體金剛石。如果壓力穩(wěn)定，溫度迅速下降，則金剛石仍處于穩(wěn)定狀態(tài)；相反，如果溫度穩(wěn)定，壓力迅速下降，則容易導(dǎo)致金剛石晶體結(jié)構(gòu)的位錯(cuò)滑移并誘發(fā)晶格缺陷，這會(huì)使一些無(wú)色的金剛石變成棕黃色和棕黃色，金剛石會(huì)逐漸石墨化。因此，金剛石形成的首要條件是在高溫高壓下形成的無(wú)色透明的金剛石，在上升過(guò)程中壓力應(yīng)保持基本不變或緩慢下降。然而，在地球的開放系統(tǒng)中，特別是當(dāng)它接近地表時(shí)，壓力會(huì)迅速下降。為了在巖漿上升過(guò)程中保持溫度和壓力不變，巖漿必須首先快速上升。然而，含有鉆石的金伯利巖巖漿可以以70公里/小時(shí)的速度上升，并在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)到達(dá)地表，這正好符合上述要求。此外，鉆石的形成與其形成方式和環(huán)境密切相關(guān)。