隕石裡的石墨是如何變成天然鑽石的?

當攜帶石墨的隕石撞上地球時,撞擊產生的高溫高壓能把石墨轉變成稀有且極端堅硬的金剛石。

隕石裡的石墨是如何變成天然鑽石的?


長久以來,科學界一直對這種轉變在原子層面是如何發生的存有爭議。

現在,科學家通過模擬並實時觀測撞擊的瞬間,解開了其中的一些謎題。

在美國阿貢國家實驗室修建的首個此類撞實驗室中,華盛頓州立大學物理學家約根德拉.古普塔和同事以5.1千米/秒的速度將填充了氟化鋰的子彈射向一個石墨圓盤,通過這種方式來模擬隕石撞擊,並且使用超亮X射線以每秒1500億幀的頻率"拍攝"該過程。

"提到隕石撞擊形成金剛石時,人們總是會問,轉變是在哪個階段發生的,是僅在壓縮階段,還是在壓縮和撞擊後應力釋放這兩個階段都有,"古普塔說,"我們的實驗非常清楚地表明,這一轉變發生在壓縮階段"。

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具體來說,在50萬倍大氣壓下,石墨在幾十億分之一秒內就會形成這種稀有的六方金剛石(因晶體結構而得名)。

新發現表明,形成金剛石所需的撞擊強度或許並沒有科學家之前認為的那麼大。

古普塔稱,早前的研究表明,六方金剛石需要在近200萬倍大氣壓下才能形成,不過這一數字"存在很大爭議"。

還有一些研究表明,在較低壓力下石墨的結構就會開始變化,不過這些實驗中的X射線測試表明,較低壓力下形成的金剛石是多種不同結構的混合物,因此,直來以,"沒人確切知道轉變過程何時開始",古普塔解釋道。

早前的研究大多是在壓力逐漸升高的條件下研究原子轉變的。與之相反,古普塔和同事的實驗表明,突然的撞擊可以直接形成六方金剛石,且形成的金剛石的內部結構完全由撞擊方向決定。

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該研究已於2017年10月發表在《科學進展》雜誌上。

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的物理學家洛林·貝內迪克特(未參與此項研究)認為,"該研究最令人興奮之處在於,研究者確定了一種晶型轉變成另一種時,發生撞擊的原子的準確位置。

用這種方法得到的金剛石在壓力下降後仍能保持其結構,不過古普塔想知道,當壓力完全消失後,金剛石是否仍會保持穩定。

這樣的實驗或許能產生製備工業用金剛石的全新方法。


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