中科院廣州地化所等揭示天然金剛石形成新機(jī)制

記者從中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所獲悉，該所和上海高壓先進(jìn)科研中心、美國卡內(nèi)基研究院地球物理實(shí)驗(yàn)室科研人員的合作研究發(fā)現(xiàn)了天然金剛石形成的新機(jī)制，為了解地幔中碳的賦存形式提供了重要依據(jù)。相關(guān)研究2月27日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。

天然金剛石在高溫高壓條件下形成，主要途徑包括星球撞擊和巨大星球內(nèi)部地質(zhì)作用。目前研究表明，地球上大部分金剛石來源于地表以下150～240km深度，C-O-H流體或熔體等流動(dòng)性含碳相與地幔巖石中碳酸鹽或硅酸鹽反應(yīng)，碳被還原為金剛石；在上述的深度之下，金剛石生成是碳酸鹽熔體與金屬鐵等還原劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。也就是說，地球內(nèi)部的金剛石形成均涉及了流體相或熔體和另一種還原劑的存在，尚未發(fā)現(xiàn)碳酸鹽在沒有外部還原劑條件下發(fā)生亞固態(tài)分解形成金剛石的現(xiàn)象。

陳鳴和毛河光等科研人員通過對(duì)我國岫巖隕石撞擊坑中巖石和礦物的沖擊變質(zhì)效應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)鐵白云石這種鐵鎂碳酸鹽在撞擊產(chǎn)生的高溫高壓下發(fā)生亞固態(tài)自氧化還原反應(yīng)生成金剛石，同時(shí)伴隨著二價(jià)鐵氧化為三價(jià)鐵。反應(yīng)過程中既沒有發(fā)生碳酸鹽熔融，也沒有流體和另一種還原劑的參與，這是過去尚未發(fā)現(xiàn)的一種金剛石形成機(jī)制。該機(jī)制表明，碳酸鹽中二價(jià)鐵在下地幔壓力下起到了還原劑的作用，使得二氧化碳被還原為金剛石。

據(jù)介紹，該項(xiàng)研究指出，鐵白云石在化學(xué)上等同于鐵方鎂石與二氧化碳組合，鐵方鎂石是下地幔中的重要物質(zhì)組成之一，這個(gè)金剛石形成機(jī)制對(duì)碳在下地幔中的存在形式具有重要啟示。在下地幔高溫高壓下從鐵鎂碳酸鹽產(chǎn)生或無鐵碳酸鹽分解出來的二氧化碳與鐵方鎂石反應(yīng)足以形成金剛石，在這個(gè)過程中不需要另一種還原劑的參與，也無關(guān)物質(zhì)的固態(tài)或熔融狀態(tài)。鐵鎂碳酸鹽通過本身產(chǎn)生金剛石的能力表明，在存在碳酸鹽以及壓力和溫度足夠高的下地幔，金剛石是碳的一個(gè)主要載體。 (科學(xué)網(wǎng))