时间：2022-12-08 22:23:15 | 浏览：949
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在钻石销售中，有些钻石会因为其中包裹着杂质被评为瑕疵级，从而价格稍低。这些杂质被称为钻石的包裹体，大多数情况下，具有包裹体的钻石售价都会相对较低，但极少数包裹体却会让钻石身价倍增，甚至具有极佳的科研价值。
全世界仅有两颗的“双钻”
天然钻石大都形成于地下150千米-250千米的地幔处，年龄在10到35亿年之间，少数钻石的形成深度甚至可达800千米。在地球内部的高温高压下，含碳元素的液体溶解并取代了各种矿物，逐渐增长，钻石就随之形成。在钻石形成的过程中或形成后，一些物质被其捕获、包裹起来，成为钻石的一部分，这些物质就是包裹体。
从各类钻石中，可以看到大大小小的“包裹体” | 图片来源：参考文献
包裹体的种类多样。比钻石形成更早的包裹体，叫“原生包裹体”；与钻石同时形成，则称为“同生包裹体”；在形成之后产生的，则称为“次生包裹体”；根据包裹体相态的不同，则可以分成固相、液相和气相包裹体。
粉红色钻石中的柯石英包裹体 | 图片来源：参考文献
矿物中的流体包裹体。在形成后随着矿物的冷却，流体收缩形成了一个小气泡 | 图片来源：Wikipedia
有趣的是，即使是钻石本身，也可能成为自己的“包裹体”：一颗大钻石包裹着一颗小钻石，呈现出奇特的“双钻”（Double diamonds）。2019年，第一颗“双钻”在俄罗斯雅库特（Yakutia, Russia）被发现；2021年，第二颗“双钻”在西澳大利亚(Western Australia）的埃伦代尔钻石场（Ellendale Diamond Field）被开采出来。
2021年，在西澳大利亚发现的“钻石中的钻石” | 图片来源：Wikipedia
形成后的钻石，物理性质极其稳定。即使在地下深处高温高压的环境下，也几乎不会发生改变，因此包含在其中的包裹体也可以保持原本的状态。随着火山喷发，地下深处的钻石被带到地表，成为我们研究地球深部物质的唯一来源。根据钻石中的包裹体，我们可以得知钻石形成时的环境，分析地球深处的物质组成，探究地球内部的秘密。
2022年1月15日，汤加（Tonga）火山爆发。正是伴随着这种火山爆发，地球深部的物质才能被带到地表，钻石就是其中最重要的一员 | 图片来源：Wikipedia
带“馅”的钻石，科学家的最爱
在众多的物质中，作为生命之源的水，最令科学家们着迷。地球上的水，无时无刻不在进行着循环：江河湖海的水，在蒸发作用下进入大气形成云，云遇冷凝结变成降水又回到了大地，山川草木涵养了降水，水顺着土壤、岩石渗入地下，在岩土体的孔隙中经过漫长的运动又成为泉水勃勃喷涌而出，周而复始——这是地表水循环（又称水循环）。
地表水循环（又称水循环）的过程 | 图片来源：USGS
地表水循环，滋养了生命，为动植物提供了生命活动所必备的水源。然而，在地表水循环之外，还存在着一个“深部水循环”：在板块运动的作用下，水随着俯冲的海洋板块进入地球内部，一直到达地幔深处，然后因岩浆活动重回地面。相关分析表明，地幔中的水量可能是地表海水体积的1/4～4倍。
水随着俯冲的板块进入地下（标号5），在软流圈甚至更深处运动（标号1），最终伴随着火山喷发（标号3）、大洋中脊（标号12）和岛弧（标号15）回到地表 | 图片来源：Wikipedia
但是，地球内部的环境极其复杂。在高温高压的作用下，矿物大多呈脱水状态，储水能力很有限。地球深处真的有水吗？它们到底在哪儿？以什么样的形式存在？我们如何才能见到地球内部的水呢？
如今人类钻探所能达到的地下最深处也不过只有12千米，根本没法获取地球内部的物质。所幸，大自然为我们提供了一个来自地球深部的信使——钻石。携带着包裹体的钻石，就如同一个时间胶囊，穿越时间与空间，把地球内部的信息传递给我们。
2014年，科学家们在一颗来自巴西的钻石中发现了一种尖晶橄榄石（ringwoodite）包裹体，这种包裹体具有很强的储水能力。这颗钻石来自地下410千米-660千米之间的转换带（Transition Zone），证明至少在转换带的局部地区有水存在。
一颗来自巴西（Juína, Brazil）的钻石，内部含有的包裹体具有很强的储水能力，表明地球转换带（地下410-660km）内可能存在水 | 图片来源：Richard Siemens/University of Alberta
2018年，在一颗来自地下610千米-800千米之间的钻石中，科学家们发现了冰-Ⅶ（Ice-Ⅶ）的存在。这是一种在高温高压下由水结晶而形成的冰，也是首次在钻石中直接观察到“水”。尽管非常微小，但是这无疑证明了在地下极端的环境下，水可以存在。
小知识
水分子在不同温度和压力下形成的冰，其内部氧原子、氢原子，以及水分子之间的排列形式不同，导致晶体结构不同。目前，科学家已经发现19种不同冰的晶体结构。我们平时看到冰、雪，都为Ⅰ型冰，水分子呈六面体排布。
钻石中的水散射出的X射线（箭头指向的白色部分）表明，在地球深部有水的存在 | 图片来源：参考文献
2022年，在一颗来自非洲博茨瓦纳卡罗维矿（the Karowe mine, Botswana）的1.5克拉宝石级钻石中，科学家们发现了一系列的矿物包裹体。这颗钻石来自地下660千米深的地幔转换带处。对其包裹体的分析表明，这颗钻石形成于一个富含水的地下环境中，说明在钻石形成的地下660千米处，有水的广泛存在。
左图为钻石中的包裹体5，含有水合尖晶橄榄石（Ringwoodite，Rw）+顽火辉石（Enstatite， En）+铁方镁石（Ferropericlase，Fp），右侧包裹体1主要为顽火辉石（En）| 图片来源：参考文献
经鉴定，无色透明的包裹体1(a-c)和包裹体2b、包裹体6、包裹体8为顽火辉石；包裹体2a为含有顽火辉石与尖晶橄榄石接触的双相包体，2c则可能由尖晶橄榄石转化而来；包裹体4中存在和钙钛矿的结构；包裹体10为铁方镁石。所有的包裹体，显示这颗钻石形成于富水环境中 | 图片来源：参考文献
由此可见，地球真是一个当之无愧的“水球”。广阔的海洋，占据了地表70%以上的面积，而深不可测的地下，竟然也是一个含有大量水的“汪洋世界”。地球浅部的水，对生命的产生与演化有着重要意义，哺育着万物生灵，是名副其实的“生命之源”。那么，地球深部的水，又有什么作用呢？
其实，不仅生物离不开水，地球的“生命”也一样离不开水。水对地球内部的运动、演化具有重要意义。水在板块运动等过程中发挥了重要的作用；进入地下的水，可以降低地幔熔融温度；岩浆中的含水量越多，就越容易引起火山喷发，爆炸性也越强；同时，水也是地球深部发生流体交代作用的主体，可以促进元素的传输，加强扩散作用，影响矿物和岩石的形成与转换。此外，地震波的传播也受到地球深部水的影响。
水在地球深部过程中发挥了重要作用 | 图片来源：veer图库
总而言之，一颗颗“大水货”钻石，没能成为爱情的信物，却因为其中含有的“水”，成为科学家们眼中的宝贝。
来源：科学大院
编辑：深浅