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鉆石不僅為珠寶愛(ài)好家所欣賞，還為科學(xué)家們提供了許多關(guān)于地球內(nèi)部的信息。

近日，科學(xué)家們?cè)?《Science》發(fā)文，稱(chēng)其在埋藏于地殼深處的鉆石中，發(fā)現(xiàn)了一種新形式的冰——“冰-VII”。這是人類(lèi)第一次在地球上發(fā)現(xiàn)這種自然形成的冰。正如有些科學(xué)的發(fā)展過(guò)程一樣，它完全是被偶然發(fā)現(xiàn)的。

冰-VII的密度大約是我們?cè)陲嬃现兴拥谋蚨煨纬傻谋?.5倍，而且其原子的結(jié)晶結(jié)構(gòu)也與普通的冰的結(jié)構(gòu)不同：在普通的冰中，氧原子排列成六角形；而在冰-VII中，這些原子呈立方狀排列。

內(nèi)華達(dá)大學(xué)地球科學(xué)教授Oliver Tschauner解釋說(shuō)，事實(shí)上，在不同的壓力和溫度條件下形成的冰有幾個(gè)已知的形式。

但冰-VII很不尋常。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)新工作的Tschauner說(shuō)，通常情況下，當(dāng)某物質(zhì)的固體狀態(tài)受到的壓力越來(lái)越大時(shí)，化學(xué)鍵之間的間距會(huì)稍微減小，而鍵之間的距離會(huì)稍微向?qū)Ψ絻A斜。這就是所謂的壓縮性。

但是冰的壓縮性很低。當(dāng)它受到很大的壓力時(shí)，原子不會(huì)一起滑行。相反，它們會(huì)將自己重新排列成新的結(jié)構(gòu)。例如，如果你在冰-I上用力按壓，它會(huì)轉(zhuǎn)化為冰-Ⅱ，冰-Ⅱ有一個(gè)菱形結(jié)構(gòu)。如果再增加壓力，原子就又會(huì)重新排列成冰-Ⅲ，然后是IV，V，VI和VII。

然而，即使壓力增加，冰-VII的結(jié)構(gòu)也相當(dāng)穩(wěn)定。

科學(xué)家們認(rèn)為，在太陽(yáng)系中，有可能會(huì)發(fā)現(xiàn)大量的冰-VII，可能存在于像土衛(wèi)二和歐羅巴這樣的冰衛(wèi)星內(nèi)部，或者作為土衛(wèi)六海洋底的一部分。但他們認(rèn)為在地球上它不會(huì)自然產(chǎn)生：形成冰-VII所需的壓力可以在我們的星球上找到，但這種壓力只存在于地幔深處，可是那里的溫度太高，以致于冰-VII無(wú)法穩(wěn)定存在。

先前的工作已經(jīng)表明，冰-VII可以人工合成；但新的研究顯示，有少量的材料也可以在地球上自然形成，這要?dú)w功于鉆石的獨(dú)特特性。

鉆石可以在地殼下多達(dá)400英里的地方形成。在形成的過(guò)程中，它們偶爾會(huì)將周?chē)瘜W(xué)環(huán)境中的微小部分封裝在鉆石所謂的包裹體中。并且鉆石中夾雜物的特殊之處在于，包裹在鉆石內(nèi)部的材料仍然承受著被封裝時(shí)的壓力。

隨后，地幔的自然對(duì)流最終把這些鉆石以包裹體的形式輸送到地球表面。

Tschauner說(shuō)：“鉆石晶格的結(jié)構(gòu)并不會(huì)（因壓力變?。┒兊孟∈?，所以無(wú)論是在地幔還是在你的手中，包裹體的體積幾乎都是不變的?！?/p>

加州理工學(xué)院的礦物學(xué)家George Rossman說(shuō)，鉆石的這種特性，使鉆石成為地球深處樣本的主要來(lái)源。

“通常，地球內(nèi)部極深的礦物一旦經(jīng)歷低壓就不穩(wěn)定。浮出地表后，它們很快就分解了，不管里面有什么東西，都會(huì)丟失。但如果鉆石飛得足夠快，它就不會(huì)變。

形成在地球地幔中的鉆石最初捕獲的并不是冰-VII，因?yàn)榈蒯囟忍吡?。然而，鉆石在形成時(shí)可以捕獲極稠密的加壓水的小氣泡。然后，當(dāng)鉆石穿過(guò)地幔時(shí)，水包裹體在相同的加壓條件下會(huì)受到較低的溫度影響。在這種特殊情況下，冰-VII便可能形成。

Tschauner坦率地承認(rèn)，他和他的團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有刻意去尋找鉆石中的冰-VII，而是在尋找一種新的二氧化碳形式。但是當(dāng)他們用高強(qiáng)度X光掃描鉆石時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了其他的東西：第一次在這個(gè)星球上發(fā)現(xiàn)了冰-VII。

Tschauner 說(shuō)：“我們都很興奮?！彼麄兊陌l(fā)現(xiàn)——冰- VII已首次被國(guó)際礦物學(xué)協(xié)會(huì)確認(rèn)為礦物。

Rossman說(shuō) “其實(shí)鉆石中的水并不是未知的，但發(fā)現(xiàn)這種高壓形式的冰完好無(wú)損，真的是偶然的，”他說(shuō)，“這就是你所謂的發(fā)現(xiàn)?！?/p>

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編輯：邢歡

參考：http://www.latimes.com/science/sciencenow/la-sci-sn-water-in-diamonds-20180308-story.html