科学家在钻石中找到新矿物质

科技工作者之家 11月15日

本报讯 经过几十年的探索,一颗非洲钻石上的小黑点被证明是地球深处的重要成分,这是在自然界中首次确认这种矿物质。

美国拉斯维加斯内华达大学的地球化学家Oliver Tschauner说,这是一种通常不存在于地球表面的矿物,它在地球深处的热流中发挥了重要作用。11月11日,Tschauner领导团队在《科学》上报道了这一发现。

Tschauner以毛河光(Ho-kwang David Mao)的名字将这种矿物命名为“毛钙硅石”(davemaoite)。毛河光是中国科学院外籍院士和美国国家科学院院士,在高压地球化学和地球物理学方面有许多开拓性的发现。毛钙硅石主要由硅酸钙(CaSiO3)构成,可以清除铀、钍和钾的放射性同位素。这些同位素在地幔下部(位于地壳和地核之间)产生大量热量。这使得毛钙硅石在管理热量如何通过地球深部流动以及在地幔和地壳之间循环以驱动板块构造等过程方面,发挥了重要作用。

这种矿物仅在高压和高温下存在,比如在地表以下660~2700公里的下地幔中。但这些特殊的斑点被嵌在一颗钻石中,而后者将这种矿物质完整地从地球深处运送出来。Tschauner说:“正是钻石的强度使夹杂物保持在高压下。”

这颗绿色的八面体钻石是几十年前在博茨瓦纳的Orapa矿挖掘出来的,这是世界上最大的露天钻石矿。1987年,一位矿物交易商将钻石卖给了加州理工学院的矿物学家George Rossman。几年前,Tschauner、Rossman和同事开始研究它,这是对地球深部钻石中的矿物进行调查的一部分。

科学家在伊利诺伊州莱蒙市的高级光子源用X射线对钻石进行了轰击,结果发现其中含有丰富的钙矿物。进一步的研究证实它是硅酸钙,后者根据产生时的温度和压力有不同的晶体形式。Tschauner说,具有钙钛矿晶体结构的钻石,只在660~900公里深的温度和压力下才能形成。科学家在实验室里制造了高压硅酸盐钙钛矿,并推断它应该存在于下地幔中,但之前从未在地质样品中确切看到过它。

2018年,另一个研究团队报告在南非一颗深地钻石中发现了硅酸钙钛矿,但没有正式宣布发现一种新矿物。而Tschauner团队做到了。Tschauner打电话给毛河光,询问是否可以用他的名字来命名矿物。“我当然很乐意。”毛河光说。

国际矿物学协会去年批准了毛钙硅石的命名,它是第二种以毛河光的名字命名的高压矿物。2018年,中国研究人员报告称,在一个陨石坑中发现了一种岩石,并将其命名为maohokite。

Tschauner说,毛钙硅石是地球下地幔的3种主要矿物之一,占比约为5%~7%。它是其中唯一含有铀和钍的矿物。这种矿物的晶体结构使其中的钙很容易被这些元素交换,而这些元素通过放射性衰变产生热量。

其他钻石也可能含有毛钙硅石。科学家说,在奥拉帕发现的钻石富含钾,因此找到更多毛钙硅石的一种方法可能是在钾含量丰富的地区寻找深钻石。(文乐乐)

相关论文信息:

https://doi.org/10.1126/science.abl8568

《中国科学报》 (2021-11-15 第2版国际)

来源:中国科学报

原文链接:http://news.sciencenet.cn//sbhtmlnews/2021/11/366484.shtm

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