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头发丝真的能变钻石吗 精选

已有 3988 次阅读 2022-3-15 09:15 |系统分类:科普集锦

专家走进孙老师的课堂

 

视频信息:https://www.bilibili.com/video/BV1834y1t7gm

 

2022-03-014

孙家轩整理

专家信息:

北京高压科学研究中心 研究员

研究方向:

矿物物理、高压地球化学、行星科学

研究项目:

1.碳元素对铁合金的高压熔融的影响及其对深部碳循环的启示;

2.地球深部物质结构、状态方程、弹性及输运等物理化学性质;

孙老师:

网络上有这样一种说法,只要够努力,头发丝也能钻石,这是真的吗?

真的!(同学们)

我们今天请到了一位专门研究高压科学的专家,北京高压科学中心的刘锦研究员,掌声有请。

刘老师:

各位同学,老师好!

孙老师:

刘老师,我们这里的大气压力是一个大气压,那么您那的大气压大概是多少呢?

刘老师:

嗯,一个大气压的话大概是105次方吧!

孙老师:

哈哈,这是个笑话,刘老师没明白,我们这里是正常的一个大气压,您那里是高压科学研究中心,压力比这里大得多。

刘老师:

哈哈,刚才没反应过来!

孙老师:

刘老师,请问头发丝真的能变成钻石吗?

刘老师:

这个是可以的,因为我们这个头发嘛,主要也是一些碳水化合物,,金刚石的也是碳,所以这两者之间是有联系的。我们之前做过一些相关的研究,我们倒是没有用头发来做,不过用的是我们常见的一些贝壳啊碳酸钙,这样子在高温高压下,他会脱去氧,脱去钙之后,它会形成比较漂亮的钻石。

孙老师:

嗯好的,那地球内部最大的压力大概能有多大?

刘老师:

这个就很大了。就先一个,前两年过国内做了一个深海探测,就是马利亚纳海沟那边水深大概是11000多米,但那边的大气压才只有1000多大气压。但是我们的地球,你看脚下的这个石头比较致密,到了地球的核心,主要有一些铁或者镍这些啊重金属,所以说在我们地球核心的话,从地表到地球核心总共距离有差不多6000多公里,在这么长的一个尺度下,它的压力变化也很大,从地表的一个大气压,到地心6000多公里的深度,差不多有300多万大气压。大家可以记住,差不多可以是364、365,就是跟每年的356天这个数字接近,大家可以联系在一起记。这个大气压还是很大的,它可以把钻石的那个密度增加百分之几十。

孙老师:

好的刘老师。他可以把钻石的密度增加百分之几十,那就是说,其实我们现在看到的钻石,比如结婚戴的钻戒,跟地球内部真实钻石密度是一样的吗?

刘老师:

这个是有一些差别的,因为压力大嘛,它会更加的致密,嗯。其实我们戴的这些钻石,在地表虽然是稳定的,如果经过几十亿年,它逐渐退化成石墨,也就是黑色铅笔芯的主要成分。石墨的结构跟金刚石相比都是由碳组成,只是原子的排列方式不一样,造就了它们从颜色到硬度都不一样。在地表的一个大气压下,主要稳定的是应该是石墨相,但是金刚石也是可以稳定的,这是由于他的退变质的速率太慢,需要几十亿年慢慢变成石墨。所以广告上说的“钻石恒久远,一颗永流传”也要看时间尺度,我们人一辈子的100年,还是跟地质的50亿年来比啦。

孙老师:

哈哈,您要小心因为这句话被钻石商家找。那么请问您刚才提到,钻石是属于高压矿物,在常压下也可以存在,那是不是所有的矿物在常压下都能存在呢?

刘老师:

金刚石比较珍贵正是因为它属于高温高压矿物,我们国内也有一些地方产钻石,比如辽东半岛等一些都有,一般它是来源于地下150200公里以及更深的深度,在地下100多公里、200公里的时候,压力已经很大了,差不多有5万个大气压以上,温度有1000多度。所以这样的环境人类肯定是不能生存的,但是金刚石还是好的。

如果说这些深部的金刚石,是缓慢地来到地表,他可能很快就石墨化,变成碳不值钱了。但是,有些火山大家可能都知道,就是叫金伯利岩筒,在这个造体里面,它的上升速度很快,可能在几个小时甚更快的时间内,就从地下200多公里上升到地表。这样的话,金刚石它就没有时间去蜕变,这就为什么我们可以在地表看见金刚石。但是对于其他很多矿物,其实它在深部的样子是保留不到浅表的,但是有一种办法,比如说在地下200多公里和更深的深度,甚至两三千公里的深度,在金刚石形成的过程中,把周围的矿物包裹在里面。金刚石是目前常见材料里硬度和强度比较强的材料,它可以保持内部一定的压力。这样的话,就可以把一些深部矿物保存在钻石里,相当于包裹体里面。前几年美国的科学家在巴西,认为金刚石来源于地下可能有八百八百公里左右。在地表一些液体,在一定的深度下就会像我们冷冻的冰一样。他在金刚石里面发现了一些水的“冰结构”。也不是说所有的都可以,但是有少量的能够作为钻石包裹体,从深部到达地面,这都是我们研究一些深部矿物组成、某些地球动力学过程非常重要的线索,这都是非常稀少珍贵的样品。

孙老师:

嗯嗯,那今天机会难得,有同学想向老师提问吗?比方说怎么把头发变成钻石。我其实也挺好奇的,因为我的头发挺多的哈哈。

刘老师:

其实除了头发,国外那边有一种技术,他们不仅可以把骨头给植物作肥料,还可以把它变成叫钻石,甚至有这样的一些商业活动,这是前几年在国外念书听说的,他们差不多在2015年左右开始在做这样的事情,不过具体不太清楚

所以说含碳的物质,只要在高温下加上一定的压力,就可以变成我们想要的那种漂亮的、透明的钻石。

孙老师:

嗯,好的,谢谢刘老师,由于时间关系,我们今天就到这里,谢谢您,谢谢,再见!




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