钻石是如何形成的?钻石形成的条件

2016年10月3日16:28:18 发表评论 769
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钻石的结构组成
钻石的形成
钻石的形成和钻石所处的环境有绝对的关系,那么究竟钻石是怎么形成的呢?


钻石的结构组成

早在18 世纪后期,科学上就证实了贵重的钻石与普通的石墨都是由碳原子组成。

当碳原子呈六方环状的层状排列时,形成的是低硬度的高温耐火材料———石墨; 当碳原子呈立方最紧密堆积, 彼此以共价键相连时, 就形成了自然界最硬的宝石———钻石。现已得知,地球中大多数的碳是以碳酸盐(如石灰岩) 和碳氢化合物(如石油) 的形式存在, 尽管从地幔深处喷发出来的火山中含CO2 气体,证明在地幔中有碳的存在,但地幔中碳含量是相当少的。

钻石中碳的同位素成分测定表明,它们来源于地幔。那么,地幔中少量的碳在什么样的物理化学条件下才能形成具有特殊结构的钻石成了人们研究钻石成因的重要课题。

钻石的形成

到目前为止,世界上大多数的钻石主要赋存在金伯利岩中。金伯利岩是一种偏碱性的超基性岩,主要分布于稳定地区的深断裂带中,产状为爆破岩筒、火山颈,或为岩墙、岩脉, 时代以白垩纪为主。金伯利岩多为深色,以灰绿色者居多。矿物成分十分复杂,有金伯利岩原生矿物,有来自上地幔、地壳捕虏的矿物和后期蚀变的矿物。

根据含钻石的金伯利岩中捕虏体成分特征,分出橄榄岩型钻石和榴辉岩型钻石。橄榄岩型钻石的包裹体表明,它们的形成温度为900~1 300℃ (平均1050℃) ,压力为( 45~60) × 108 Pa , 相当于地球120 ~180 km的深度, 从榴辉岩型钻石的包裹体中获得的结果表明, 其形成温度大约1 250℃ ,同时压力数据也显示出它们可能来自180 km 以下更大的深度(约200 km)。钻石形成的温压条件反映了钻石形成于陆壳稳定的、且在漫长的地质时代里(古生代以来) 很少受到变形的克拉通下的地幔环境。因为洋壳下相当深度所对应的温度(可达1500~1700℃) 要比克拉通下地幔高。现在地球上稳定的克拉通地区有加拿大、南部非洲、巴西、澳大利亚、西伯利亚和中国的华北地台、扬子地台等。而钻石的产出恰与这些地区具有厚岩石圈有关。

通过实验室内的高温高压下试验,建立了不同状态下碳的稳定域,以此推测出钻石可能的生成温度和压力,从高温高压实验可知:高温特别是高压下可以形成颗粒粗大,透明无色的八面体钻石。如果压力稳定,温度迅速下降,钻石仍处于稳定状态;相反,如果温度稳定, 压力迅速下降,易导致钻石晶体结构的位错滑移,并诱发晶格缺陷,使一部分原本无色的钻石变为褐黄色、棕黄色,钻石逐渐石墨化。所以,钻石形成的首要条件是高温高压下形成的无色透明的钻石,在上升过程中压力应基本保持不变或下降速度很慢。但在地球的开放系统中,尤其是接近地表时的压力会迅速下降,岩浆上升过程中要想保持温度、压力变化不大, 首先是岩浆上升速度必须很快。而含钻石的金伯利岩浆上升速度可达70 km/ h ,几小时就到了地表,这种速度正好能满足上述要求。除此之外,钻石的形成还与其形成方式、生成环境等密切相关。

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