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一顆非洲鉆石上的小黑點被證明是地球深處的重要成分

時間：2021-11-15 15:57:32

經(jīng)過幾十年的探索，一顆非洲鉆石上的小黑點被證明是地球深處的重要成分，這是在自然界中首次確認這種礦物質(zhì)。

美國拉斯維加斯內(nèi)華達大學的地球化學家Oliver Tschauner說，這是一種通常不存在于地球表面的礦物，它在地球深處的熱流中發(fā)揮了重要作用。11月11日，Tschauner領(lǐng)導(dǎo)團隊在《科學》上報道了這一發(fā)現(xiàn)。

Tschauner以毛河光(Ho-kwang David Mao)的名字將這種礦物命名為“毛鈣硅石”(davemaoite)。毛河光是中國科學院外籍院士和美國國家科學院院士，在高壓地球化學和地球物理學方面有許多開拓性的發(fā)現(xiàn)。毛鈣硅石主要由硅酸鈣(CaSiO3)構(gòu)成，可以清除鈾、釷和鉀的放射性同位素。這些同位素在地幔下部(位于地殼和地核之間)產(chǎn)生大量熱量。這使得毛鈣硅石在管理熱量如何通過地球深部流動以及在地幔和地殼之間循環(huán)以驅(qū)動板塊構(gòu)造等過程方面，發(fā)揮了重要作用。

這種礦物僅在高壓和高溫下存在，比如在地表以下660~2700公里的下地幔中。但這些特殊的斑點被嵌在一顆鉆石中，而后者將這種礦物質(zhì)完整地從地球深處運送出來。Tschauner說：“正是鉆石的強度使夾雜物保持在高壓下。”

這顆綠色的八面體鉆石是幾十年前在博茨瓦納的Orapa礦挖掘出來的，這是世界上最大的露天鉆石礦。1987年，一位礦物交易商將鉆石賣給了加州理工學院的礦物學家George Rossman。幾年前，Tschauner、Rossman和同事開始研究它，這是對地球深部鉆石中的礦物進行調(diào)查的一部分。

科學家在伊利諾伊州萊蒙市的高級光子源用X射線對鉆石進行了轟擊，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中含有豐富的鈣礦物。進一步的研究證實它是硅酸鈣，后者根據(jù)產(chǎn)生時的溫度和壓力有不同的晶體形式。Tschauner說，具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的鉆石，只在660~900公里深的溫度和壓力下才能形成?？茖W家在實驗室里制造了高壓硅酸鹽鈣鈦礦，并推斷它應(yīng)該存在于下地幔中，但之前從未在地質(zhì)樣品中確切看到過它。

2018年，另一個研究團隊報告在南非一顆深地鉆石中發(fā)現(xiàn)了硅酸鈣鈦礦，但沒有正式宣布發(fā)現(xiàn)一種新礦物。而Tschauner團隊做到了。Tschauner打電話給毛河光，詢問是否可以用他的名字來命名礦物。“我當然很樂意。”毛河光說。

國際礦物學協(xié)會去年批準了毛鈣硅石的命名，它是第二種以毛河光的名字命名的高壓礦物。2018年，中國研究人員報告稱，在一個隕石坑中發(fā)現(xiàn)了一種巖石，并將其命名為maohokite。

Tschauner說，毛鈣硅石是地球下地幔的3種主要礦物之一，占比約為5%~7%。它是其中唯一含有鈾和釷的礦物。這種礦物的晶體結(jié)構(gòu)使其中的鈣很容易被這些元素交換，而這些元素通過放射性衰變產(chǎn)生熱量。

其他鉆石也可能含有毛鈣硅石。科學家說，在奧拉帕發(fā)現(xiàn)的鉆石富含鉀，因此找到更多毛鈣硅石的一種方法可能是在鉀含量豐富的地區(qū)尋找深鉆石。(文樂樂)

標簽：科學家鉆石新礦物質(zhì) 礦物質(zhì)

來源: 《中國科學報》編輯: FN008

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