鑽石真的很稀缺嗎？或許這是史上最成功的營銷騙局。最新研究顯示，地球表面下百公里處可能存在海量鑽石！
“鑽石恆久遠，一顆永流傳”。戴·比爾斯的這句廣告語深入人心，讓鑽石的恆久與稀缺與美好的愛情聯繫在了一起，帶動了全球龐大的鑽石產業。
很多人稱鑽石是史上最成功的營銷騙局，因為鑽石礦並不稀有。更甚的是，最新的研究顯示，鑽石不僅不稀有，在我們的腳下可能到處都是。來自美國麻省理工學院、加州大學伯克利分校、哈佛大學等頂級機構的學者組成的團隊發現，地球可能由1%到2%的鑽石構成，總量達1千萬億噸。只可惜這些鑽石在地表下150公里到240公里處的地方，遠遠超過任何鑽井可達的深度。真可謂“我們住在鑽石上，但是不能採”。不過話說回來，物以稀為貴，如果這些鑽石都能被開採出來，它估計也會像沙土一樣一文不值了。
▲A diamond lasts forever 是最經典的廣告語之一。（圖片來源：SWAG）
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聲波異常鑽石背鍋
科學家很早就利用了地震活動的數據來分析地球的內部結構，並構建地球內部的圖像。由於岩石的溫度、密度和構成不同，聲波穿過地球的速度也不相同。科學家可以利用地震速度和岩石成分來估算地殼和上地幔之間——岩石圈的岩石類型。
由13位來各國頂尖高校的科學團隊分析了美國地質調查局（USGS）過去幾十年來的地震活動記錄，包括地震、海嘯、爆炸和其他震源發出的聲波。然而他們在用數據繪製地球內部地圖時，發現了無法解釋的奇怪現象：聲波在穿過古老的“克拉通（Craton）”根部時會明顯加速。
▲克拉通是地球表層的重要組成單元，大多形成於18億年前的地球早期。絕大部分克拉通現今也無明顯的地震活動，成為地球上最穩定的地區。（圖片來源：sciencenet.cn）
地球上最古老的陸地板塊，大陸岩石圈最穩定的部分，缺乏明顯的火山活動或大地震的大陸，被稱為克拉通。雖然科學家已知克拉通比周圍的地幔溫度更低，密度更小，聲波通過的速度會更快，但實際測得的速度遠遠超過理論值。“測量的速度比我們認為可以通過合理假設重現的速度更快，我們不得不承認這裡有個問題，項目也就從此開始了。”麻省理工學院的科學家Ulrich Faul如是說。
為了揭開聲波速度的奧秘，團隊目標確定克拉通根部的岩石組成。他們先利用了USGS的數據建立了地震波穿過克拉通的三維模型。接著，Faul和團隊成員在實驗室裡對不同類型的礦物進行了聲波測速實驗，又把各種礦石進行不同的組合，模擬克拉通的組成。最終他們真的發現了有一種類型的礦石，聲波穿過它的速度與地震學家測量的速度相同——含有1%到2%鑽石，其餘部分是橄欖石（上地幔的主要岩石類型）和少量榴輝巖（海洋地殼俯衝時形成，很少裸露在地球表面）組成的岩石。如果這種模型成立，那鑽石的含量將比現在預期的多1000倍，含量達1016噸。
Faul表示，“鑽石在很多方面都很特別。它的一個特殊屬性就是鑽石中的聲速比上地幔中主要礦物橄欖石的聲速快兩倍。”含有1%到2%的鑽石並不會改變克拉通的整體密度，“它們就像木塊漂浮在水面上，克拉通比周圍環境密度小，所以它們不會潛沒（下降到另一個板塊）而是會待在面上。這就保護了那些最古老的岩石，只需要這1%到2%的鑽石就可以使克拉通變得穩定而不會下沉。”
▲科學家可以通過地震波瞭解地球的構成。（圖片來源：IRIS）
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“挖”不出來的鑽石
鑽石是在地球深處的高溫高壓環境中煉製而成，並且只能隨著每隔幾千萬年發生的火山爆發來到接近地表的地方。這些火山爆發出了由一種叫做金伯利岩（Kimberlite）的岩石製成的地質“管道”（以南非金伯利鎮命名，這裡發現了這種岩石中的第一顆鑽石）。鑽石與來自地球深處的岩漿一起，通過金伯利岩管噴射到地球表面。
但2%的鑽石含量遠遠超過金伯利岩中發現的金剛石數量。美國俄亥俄州立大學地球科學學院的Wendy Panero教授就提出了質疑，“我粗略地計算後，地幔包含的碳含量會是我們之前認為的兩倍，這將對地球地幔和地殼的演化產生深遠影響。我希望看到該領域的更多工作，看看這個假設能否進一步證實。“
▲鑽石含在金伯利岩中。（圖片來源：Flickr）
▲金伯利岩通過岩漿來到地表。（圖片來源：The nugget effect DOI: 10.13140/RG.2.2.12902.22080）
Faul也表示他們的解釋比較簡潔，但仍然只是假設。關於如何精確地測量聲速，以及地球如何演化出克拉通都是仍在討論的議題。”克拉通形成了地球上一些最古老的岩石，對於它的研究可以揭示大陸如何移動。但還有很多工作要做。 “現在我們需要做更多的檢查，看看是否有我們忽略的東西或更好的測量。”Faul說。
▲世界上最深的鑽井“科拉超深鑽孔”達12262米深（圖片來源：Pinterest）
即便假設是成立的，我們現在也開採不到這些鑽石。人類向大地的探索非常不易。地球最深的鑽井——蘇聯上世紀70年代的超級工程科拉超深鑽孔也才12000多米（12公里），中國科學院院士高銳就曾說：“如果把地球比作一個雞蛋的話，現在連雞蛋皮都沒鑽破！”（上天容易入地難！7018米深井現場總指揮講述真實版“地心遊記”）我們只能希望在安全的情況下火山早點把鑽石噴出來。
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宇宙中可能還有”鑽石之星“
其實，在浩瀚的宇宙中，地球的鑽石含量並不算多。距離我們40光年的巨蟹座55e直徑約為地球的2倍，質量則是地球的8倍多。它的表面溫度達到了4900℃——因為它與恆星的距離比水星到太陽的距離還近26倍，公轉週期只有14天。
科學家認為這顆行星上有熔岩流。NASA噴氣推進實驗室（JPL）的行星科學家胡倫宇稱：“如果這個星球上有熔岩，就會覆蓋整個表面……但是厚厚的大氣層中會將熔岩隱藏在我們的視線之外。”由於這顆處於高溫高壓下的行星還含有大量碳元素，科學推測它很可能是一顆由鑽石構成的”鑽石之星“。（更多：你見過粉色的星球嗎？太陽系外的九顆“另類”行星）
▲巨蟹座55e是否有熔岩一直是科學家爭論的問題（圖片來源：CNET）
Garber J M, Maurya S, Hernandez J A, et al. Multidisciplinary constraints on the abundance of diamond and eclogite in the cratonic lithosphere[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems.
https://gizmodo.com/is-the-earths-mantle-full-of-diamonds-1827661699
https://news.mit.edu/2018/sound-waves-reveal-diamond-cache-deep-earths-interior-0716
出品：科普中央廚房
監製：北京科技報 | 科學加客戶端
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