对钻石“最好的朋友”橄榄石的研究

ETH 地质学家发现了一种估计金伯利岩中钻石存在情况的新方法:这完全取决于化学成分

钻石:借助橄榄石找到钻石的新方法
通过橄榄石的地球化学来确定金伯利岩中是否含有钻石:研究(照片:Eduard Gübelin/苏黎世联邦理工学院)

I 钻石 他们是女孩最好的朋友,女主角玛丽莲在 1953 年的电影《绅士更喜欢金发女郎》中唱道,但他们也很难找到。

据估算,要获得一克拉钻石,相当于0,2克,至少需要开采 3吨半 的岩石。但地质学家们 苏黎世理工学院 和戴尔'墨尔本大学 发现了一种新工具,通过研究钻石的化学成分来确定找到钻石的概率 金伯利岩,珍贵宝石的“母石”。

研究团队由 安德里亚·朱利安尼来自瑞士联邦理工学院地球化学与岩石学研究所的研究发现,钻石还有一个最好的朋友:它是黄绿,一种绿色矿物,约占金伯利岩的一半。

这项立即引起专业人士极大兴趣的研究结果显示,岩石中钻石的存在与橄榄石的化学成分直接相关。还有 橄榄石法 它比传统使用的方法更简单、更快。

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在金伯利岩中寻找钻石的新方法
镶嵌在金伯利岩碎片中的钻石:正是由于这种岩浆岩,我们才认识了珍贵的宝石(照片:Andrea Giuliani/苏黎世联邦理工学院)

没有什么比找到钻石更困难的了

没有任何方法可以保证找到钻石,“解释 安德里亚·朱利安尼,苏黎世工业大学地球化学与岩石学研究所高级科学家,“没有什么比寻找和开采钻石更复杂的了“。

已知矿物中最坚硬的也是最难找到的:最纯净的碳宝石采用了 数百万年 形成,而且非常罕见。此外,钻石起源于地幔,估计深度超过 150公里:如果不是金伯利岩,岩浆岩将它们结合起来并通过火山管道将它们带到地表,也许 我们甚至不知道它们的存在.

朱利安尼教授研究 钻石的形成 从2015年开始,当时他还在墨尔本大学,分析了大量的样本 金伯利岩一种蓝黑色岩石,几乎与其所含的珍贵宝石一样稀有。

事实上,它只存在于非常古老的大陆块上,数十亿年来这些大陆块的地质状况一直保持不变。 “寻找金伯利岩就像大海捞针“,研究人员今天在利马特河沿岸解释说,”一旦你找到了它,那么艰苦的钻石搜寻工作就真正开始了“。

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如何通过追踪橄榄石寻找钻石
带有橄榄石颗粒的岩石碎片的显微照片:钻石的存在取决于其化学成分(照片:Chmee2/维基百科)

有铁的地方就没有钻石:研究

安德里亚·朱利安尼 和他的同事们来自ETH 刚刚开发出一种方法,可以使寻找钻石矿床变得更加容易:一项研究中描述的过程 发表于《自然通讯》, 是基于 金伯利岩的化学成分。事实上,这些岩石大约由一半组成 黄绿,一种由不同比例的铁和镁组成的矿物,已被证明是寻找钻石的绝佳盟友。

研究人员发现,橄榄石的成分与橄榄石之间存在明显的关系。 钻石的存在在橄榄石富含铁的岩石样本中,没有或很少有钻石“,朱利安尼解释道。

研究人员通过一项研究得出了这一结论 补充方法 与传统的方法不同:他们没有根据最合适的岩性以及矿物的压力和温度条件来评估金伯利岩的钻石潜力,而是从分析特定的物质开始找到解决方案 “破坏”钻石的现象,交代作用。

这是一个过程 岩石的化学变化 它是在与岩浆或变质起源的流体相互作用后发生的,在此期间,一些矿物完全或部分地被其他化合物取代。

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钻石和橄榄石:可以改变一切的友谊
南非金伯利的前钻石矿“大洞”,拍摄于 1927 年的照片(左)和今天的照片(右)(照片:Arnold Heim 和 Adob​​e Stock/ETH Zurich)

橄榄石和钻石:内心深处会发生什么?

科学家们研究了其影响 交代作用 他们发现,当熔化渗透到地幔并显着改变岩石的成分时,橄榄石的铁含量会变得更高,这一过程恰好发生在钻石形成的深处。

Le 渗透 科学家解释说,这使得橄榄石富含铁,也会破坏钻石。相反,如果只有少量流体穿透岩石圈地幔(因此不会发生交代作用), 橄榄石含有较多的镁。而且,在这种情况下,就有钻石。

我们的研究表明,只有当金伯利岩拖起未与之前的熔体发生广泛相互作用的地幔碎片时,钻石才会保持完整。“,朱利安尼解释道。

关键是金伯利岩很少会在一次运动中到达地表,大多数时候这是一个漫长的过程 它甚至可以重复几次:金伯利岩开始以液态形式上升,沿途收集地幔碎片,冷却并停止。 “这是一个真正的融合、提升、凝固的过程”,意大利研究人员解释道,“这个有一个 对钻石的破坏作用“。

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南非金伯利岩碎片上的钻石:岩石的化学成分使我们能够预测钻石的存在(照片:Parent Géry/维基百科)

戴比尔斯已经在使用橄榄石法

正如研究指出的那样,“世界各地金伯利岩的高钻石密度与镁含量高的橄榄石,对应于受与金伯利岩有关的交代作用影响最小的地幔岩石圈”。简而言之,橄榄石地球化学对于钻石搜索来说是一个非常有效的工具。

橄榄石分析与以前的勘探方法一样可靠,主要依赖矿物单斜辉石和石榴石,但它是一种更简单、更快速的方法: 一些分析就足够了 了解特定金伯利岩矿床中是否存在钻石。

这种新方法的美妙之处不仅在于它更简单,而且它最终让我们能够理解为什么以前的方法有效“,朱利安尼再次说道。

戴比尔斯 已经在使用这个新系统“,教授总结道。这家大型钻石生产商在 35 个国家开展业务,矿山位于澳大利亚、加拿大、南非、纳米比亚和博茨瓦纳,为研究提供了一些金伯利岩样本,对这一发现非常感兴趣,并与 瑞士国家科学基金会.

橄榄石法在指导原生金伯利岩矿床中的钻石搜寻方面非常有效,可以节省 提取数吨岩石:对生产者来说是一个巨大的优势,但也让这个疲惫不堪的星球松了一口气。

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戴比尔斯资助了一项橄榄石化学研究
知名钻石生产商戴比尔斯 (De Beers) 决定共同资助 ETH 研究,并已在使用橄榄石法(照片:Envato)