中科院廣州地化所等揭示天然金剛石形成新機制

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科研中心、美國卡內(nèi)基研究院地球物理實驗室科研人員合作研究發(fā)現(xiàn)了天然金剛石形成的新機制，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)會生成金剛石，同時伴隨著二價鐵氧化為三價鐵。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制。該機制表明，碳酸鹽中二價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，這個金剛石形成機制對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，金剛石是碳的一個主要載體。 (科學(xué)網(wǎng))