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最近有个人为了我这样的一个问题:"钻石的主要构成元素是什么?如果是碳元素,那么有钻石的地方是否就代表曾经有过植物?"
这个问题很有意思,也将这个问题分享给大家
钻石主要组成元素确实是碳,并且碳的成分占到总成分的98%以上,其余的元素主要为N跟B,N元素会导致钻石呈现黄色、褐色等颜色,B主要使得钻石的颜色成为蓝色,并且蓝色钻石是钻石中唯一的半导体;其余颜色的钻石,主要与钻石内部的晶格缺陷有密切的关系。
其实这是一种对碳元素的一种误解,碳元素能够形成很多中形式,由于我们日常生活中所接触到的碳主要与植物、动物有关系,比如说煤炭、石油这些含碳的有机物的存在,确实代表着曾经有生命(注意是生命,不仅仅包括植物,也包括动物)的存在,并且我们所接触到的衣食住行都与碳密切相关,并且与动植物密切相关,吃的蔬菜、瓜果、鱼肉是动植物;衣服用到的纯棉材质是植物等等,但是这些也仅仅是碳的一种存在形式而已。
虽然说,我们日常生活中的接触到碳主要与生命有关,但是世界上,地球中的碳主要以石灰岩和白云岩的形式存在,也就是说,地球中多数的碳已经被固结在岩石中了。
在网上看到有人说:"碳在地球上不算什么稀有的元素",实际上,碳元素也仅仅是在我们生活的生物圈中是最常见的而已,我们看看下图为《地球元素丰度值》,摘自《地球化学》(韩吟文,2003),从下图我们可以看到,地球物质中有90%是由Fe、O、Si和Mg四种元素组成的,大于1%的元素包括Ni、Ca、Al和S;Na、K、Cr、Co、P、Mn、Ti的含量在0.01%~1%范围内,所以,可以认为,地球几乎是由15种元素组成的,其他元素的总百分比是微不足道的,所以C在地球的组成中,所占的比重简直太小了。
那么钻石中的碳元素是从何而来呢?
其实对于这个问题,到目前也没有一个特别好的答案,由于钻石形成的深度较深,约150-200公里处,由于观察尺度有限,地球科学家们不肯能直接观察到钻石的形成过程,所以只能通过一些间接的手段来进行推测。
1、地幔中的碳直接供给——主流观点
地幔中本身就是存在碳的,其证据主要是根据一些从地幔上来的喷发的火山中含有二氧化碳气体,另外,钻石的C同位素组成也证明钻石中碳主要来源于地幔,但是地幔中的碳含量应该是极少的,无论怎样,都会给钻石的形成提供一定的碳源,在合适的条件下,形成钻石;
2、有部分地壳碳循环的参与
一般认为E型钻石的碳来自于俯冲的洋壳碳酸盐和有机质的混合,或者为洋壳中的碳酸盐与地幔中的碳共同为钻石的形成提供碳源,主要证据是由于金刚石有较大范围的同位素变化,洋壳中的碳酸盐主要是由打样板块的俯冲密切相关。不过具体的形成机制也有一定的争议。
下图是上地幔钻石的成因示意图(引自路凤香,2011,地幔的窗口:金刚石)
下面分享一下钻石的阴极发光图片,通过阴极发光,可以很好的观察到钻石的结构特征,从而判断钻石的生长历史,在钻石的环带中,进行不同的分析,就能够定量或者定性的指示钻石的生长,甚至指示地球深部的某些信息。
好了,再次回归到问题中去,钻石中的碳主要是由地幔供给的,或者不同来源的碳共同为钻石的形成提供碳源,如果真的洋壳碳酸盐(这部分碳酸盐有可能更有生物成因的碳酸盐)的带入,那也是离开了曾经应该有的位置,并且洋壳在俯冲在大陆地壳之后,可以理解为已经不复存在了,所以钻石的存在,并不代表曾经有生物的存在。但是钻石的存在,却代表着当地曾经有着巨厚的岩石圈(不过现在已经减薄了)。
钻石是个很有意思的东西,除了能够做珠宝首饰以外,详细的研究钻石,还能为我们了解地球的成因提供很多重要的证据。
好了,关于这个问题就回答到这里,希望对大家有所帮助。
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