中科院广州地化所等揭示天然金刚石形成新机制

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记者从中国科学院广州地球化学研究所获悉，该所和上海高压先进科研中心、美国卡内基研究院地球物理实验室科研人员合作研究发现了天然金刚石形成的新机制，为了解地幔中碳的赋存形式提供了重要依据。相关研究2月27日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

天然金刚石在高温高压条件下形成，主要途径包括星球撞击和巨大星球内部地质作用。目前研究表明，地球上大部分金刚石来源于地表以下150-240km深度，C-O-H流体或熔体等流动性含碳相与地幔岩石中碳酸盐或硅酸盐反应，碳被还原为金刚石；在上述的深度之下，金刚石生成是碳酸盐熔体与金属铁等还原剂发生化学反应的结果。也就是说，地球内部的金刚石形成均涉及了流体相或熔体和另一种还原剂的存在，尚未发现碳酸盐在没有外部还原剂条件下发生亚固态分解形成金刚石的现象。

陈鸣和毛河光等科研人员通过对我国岫岩陨石撞击坑中岩石和矿物的冲击变质效应分析，发现铁白云石这种铁镁碳酸盐在撞击产生的高温高压下发生亚固态自氧化还原反应生成金刚石，同时伴随着二价铁氧化为三价铁。反应过程中既没有发生碳酸盐熔融，也没有流体和另一种还原剂的参与，这是过去尚未发现的一种金刚石形成机制。该机制表明，碳酸盐中二价铁在下地幔压力下起到了还原剂的作用，使得二氧化碳被还原为金刚石。

据介绍，该项研究指出，铁白云石在化学上等同于铁方镁石与二氧化碳组合，铁方镁石是下地幔中的重要物质组成之一，这个金刚石形成机制对碳在下地幔中的存在形式具有重要启示。在下地幔高温高压下从铁镁碳酸盐产生或无铁碳酸盐分解出来的二氧化碳与铁方镁石反应足以形成金刚石，在这个过程中不需要另一种还原剂的参与，也无关物质的固态或熔融状态。铁镁碳酸盐通过本身产生金刚石的能力表明，在存在碳酸盐以及压力和温度足够高的下地幔，金刚石是碳的一个主要载体。