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趣味科普:為什么鉆石會(huì)有不同的顏色?

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絕大多數(shù)經(jīng)過打磨的鉆石都晶瑩剔透、光彩奪目,但有些鉆石卻呈現(xiàn)出意想不到的顏色,如藍(lán)色、綠色,甚至粉色。那么,為什么有些鉆石會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色呢?



鉆石并非總是無色的;它們也可以是藍(lán)色、黃色、綠色甚至粉色的。是什么讓這些寶石擁有如此多樣的色調(diào)?

本質(zhì)上,鉆石由單一元素構(gòu)成:碳。澳大利亞科廷大學(xué)地質(zhì)學(xué)高級研究員盧克·杜塞表示:“它就是純碳?!痹跇O高的壓力下,碳被鍛造成珍寶。鉆石通常在地表以下100多英里(161公里)的地幔深處形成。在那里,壓力和溫度極端到足以讓碳原子緊密結(jié)合成穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)。

形成之后,鉆石需要非常迅速地上升到地表,其晶格結(jié)構(gòu)才能保持完好。這通常發(fā)生在火山爆發(fā)將巖石從深處噴發(fā)出來的時(shí)候。如果鉆石長時(shí)間停留在深處,它們可能會(huì)在數(shù)百萬年的時(shí)間里熔化或轉(zhuǎn)變?yōu)槭?/p>

史密森尼國家自然歷史博物館寶石礦物策展人加布里埃拉·法爾凡指出:“我們其實(shí)非常幸運(yùn)能夠發(fā)現(xiàn)它們,因?yàn)樗鼈儽仨殢牡厍蛏钐幈弧?qū)逐’出來?!?/p>

大多數(shù)鉆石是無色的。但法爾凡表示,普通鉆石有幾種途徑可以轉(zhuǎn)變?yōu)椤安抒@”。

首先,像所有礦物一樣,鉆石在形成過程中可能會(huì)混入雜質(zhì)。這些瑕疵是除碳以外的元素被整合到寶石結(jié)構(gòu)中。但由于碳分子非常小且排列緊密,很少有元素能進(jìn)入鉆石內(nèi)部。法爾凡說:“能替代(碳原子)的元素非常少?!?/p>

然而,也有少數(shù)例外。氮元素(在元素周期表上是碳的鄰居)可以滲入鉆石晶格,形成黃色或橙色鉆石。硼(另一種原子半徑較小的元素)則能造就引人注目的藍(lán)色鉆石,例如著名的“希望之鉆”。

放射性輻射也能使鉆石呈現(xiàn)綠色。法爾凡解釋說,如果鉆石附近的巖石含有鈾,鈾可能會(huì)“排出原子,在鉆石結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生空位”。

鉆石的顏色也可能源于結(jié)構(gòu)變形。粉色和紅色鉆石就是這樣形成的。這些寶石之所以呈現(xiàn)其獨(dú)特色調(diào),是因?yàn)樗鼈冊诘厍蛏钐帟r(shí),其碳晶格發(fā)生了扭曲。

鉆石必須以恰到好處的方式被“擠壓”才能呈現(xiàn)出粉紅色或亮紅色調(diào)。杜塞說:“這有點(diǎn)像‘金發(fā)姑娘原則’。”如果鉆石承受的壓力過大,它會(huì)變成棕色;如果壓力不足,它則保持無色。“棕色鉆石很多很多,而粉色鉆石則非常、非常稀少,”杜塞指出。



有趣的是,由于粉色和紅色鉆石的這種形成方式,科學(xué)家可以通過分析這些寶石,精確了解它們在地殼中形成的地點(diǎn)和時(shí)間。一個(gè)地區(qū)的地質(zhì)過程會(huì)在鉆石的變形中留下獨(dú)特的“簽名”。法爾凡表示:“因此,粉色(和紅色)鉆石是唯一有可能嘗試追溯其地理來源的鉆石?!?/p>

例如,杜塞研究了來自西澳大利亞阿蓋爾礦(世界最大鉆石礦之一)的粉色鉆石。通過觀察寶石的結(jié)構(gòu),他和同事們精確推斷出這些寶石是在13億年前地球第一個(gè)超大陸分裂期間形成的。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在2023年的《自然-通訊》期刊上。

法爾凡指出,最近在史密森尼國家自然歷史博物館展出的“溫斯頓鉆石”就是亮紅色的。根據(jù)發(fā)表在《寶石與寶石學(xué)》期刊上的分析,它很可能產(chǎn)自委內(nèi)瑞拉或巴西的某個(gè)地方。

研究這些彩鉆也可以成為科學(xué)研究的實(shí)用工具。杜塞說,它們可以幫助研究人員了解地球內(nèi)部發(fā)生的事情,以及碳循環(huán)在整個(gè)地球歷史中是如何變化的。

這些鉆石之所以特別,是因?yàn)椤暗厍蚴窃谌绱霜?dú)特的條件下孕育了它們,”法爾凡說?!八鼈兊拇嬖诒旧砭褪且粋€(gè)奇跡?!?/p>

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