我現(xiàn)在在約翰霍普金斯大學(xué)的地球和行星科學(xué)系讀地球化學(xué)博士，導(dǎo)師是迪米特里·斯維爾杰斯基（Dimitri Sverjensky）。雖然地質(zhì)學(xué)研究的大多數(shù)問題離大家的生活比較遠，但是有一個東西大家肯定不陌生——寶石。當然，我不是搞寶石鑒定的。
這次聯(lián)系科學(xué)人是因為最近我和老板一起發(fā)了一篇關(guān)于鉆石形成機理的文章。我很高興地看到最近國內(nèi)有媒體報道了這件事情，但有些媒體似乎報道得根本就不對……
我們發(fā)現(xiàn)的是，在地幔中液體和地幔硅酸鹽巖石的作用時，在某些條件下，pH會降低，同時能隨之析出鉆石。而這個過程只帶來了流體的pH的改變，并沒有伴隨著氧化還原反應(yīng)。這客觀上降低了鉆石形成的難度，因此地幔里鉆石的含量也可能比之前想象的要多——然而就是這最后一句話，讓有的媒體起了一個類似《地球深部全是鉆石》這種姿態(tài)的標題……這完！全！不！對！
因此我找上了科學(xué)人，讓他們正確解讀一下，我們最近的這項研究到底是在干啥。
事情是這樣的：科學(xué)界之前普遍認為，鉆石只有通過氧化還原反應(yīng)才能形成。這是因為在地幔的那種高溫高壓的環(huán)境下，碳只能以二氧化碳或者甲烷的形式存在，而構(gòu)成鉆石的碳（0）與二氧化碳（+4）或者甲烷（-4）里的碳價態(tài)并不相同。這樣一來，這些物質(zhì)勢必要經(jīng)過氧化還原反應(yīng)才能形成鉆石。
針對這個問題，去年的時候我們曾經(jīng)在一篇文章里證明了，其實在地幔的流體里，碳可以以別的形式存在——比如甲酸、乙酸或者丙酸。（順帶一提，當時國內(nèi)其他的媒體也報道了這事兒——然而他們寫錯了我的名字）
好了說回研究。我們當時就意識到，乙酸的碳價態(tài)和鉆石的碳是一樣的，而甲酸加丙酸的混合物也能生成零價碳。我和老板在討論那個結(jié)果時，自然而然地產(chǎn)生了這個問題：鉆石生成的條件，一定需要氧化還原反應(yīng)嗎？所以當時我們提出了這樣的假設(shè)：這些甲乙丙酸里的碳會不會也能形成鉆石？我們就把這個假設(shè)寫在了那篇論文里。
現(xiàn)在我們證明了，那個假設(shè)極有可能是對的。
這個事請說起來并不難：
1份甲酸根、1份氫離子和1份氫氣生成1份鉆石和2份水；
1份丙酸根、1份氫離子生成3份鉆石、一份氫氣和2份水。
你把兩個式子加起來，就得到：
1份甲酸根、1份丙酸根、2份氫離子可以生成4份鉆石和4份水。
也就是說，鉆石的形成可能不需要外部的氧化或者還原劑的參與。它的重要性在于，單獨的甲烷或者二氧化碳在自然條件下很難生成鉆石，必須需要外部的氧化或者還原劑。但是我們的模型顯示，含碳物質(zhì)自身就能生成鉆石，這大大降低了鉆石形成的難度，不需要那么苛刻的條件。
這個結(jié)果幾乎顛覆了之前對于鉆石形成機制的認識，在我們領(lǐng)域算是個小突破吧。
我的老板迪米特里·斯維爾杰斯基。
好了，那我們是怎么得到這個結(jié)果的呢？
我們先是建立了一個水巖交換的模型。上面提到，地幔里是可能存在甲乙丙酸的。于是我們設(shè)置了一份初始溶液，其中包含這些含碳有機物，比如乙酸。然后把溫度和壓強設(shè)定成和上地幔類似的條件。接下來我需要不斷地調(diào)試各種參數(shù)，讓模型跑出各種可能的結(jié)果——嗯，這個過程俗稱”搬磚”，如果你也在讀博士，你一定能理解……參數(shù)也不是瞎調(diào)的，我們模型中巖石的組成是從別人文獻里的數(shù)據(jù)里取的，加入了活度系數(shù)模型，為了讓我們的模型更接近自然樣品。我們發(fā)現(xiàn)，當水和巖石反應(yīng)達到平衡的時候，還真能生成鉆石。
如果你多看上面的公式兩眼，你也許會發(fā)現(xiàn)，這個反應(yīng)是需要氫離子的。這些氫離子來自高溫高壓下水的電離——那個條件下，因為水電離的平衡常數(shù)發(fā)生了改變，“中性水”的酸堿度在2-3之間。我們發(fā)現(xiàn)，地幔中液體和硅酸鹽巖石相互作用時，導(dǎo)致H+累積而造成pH降低。而隨著pH的降低，鉆石也隨之從液體中析出。
這個圖里，黑色的星星是我們的模型預(yù)測的溶液組成，從Ca+Mg+Fe向Al+Si發(fā)展。可以看到，模型里溶液的組成和文獻里的鉆石的流體包裹體的組成相符合。
那怎么檢驗這個模型是否正確呢？我們把模型里的生成物和別人測量的自然樣品進行了對比，發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)的含量在統(tǒng)計學(xué)上是一致的。這些自然樣品來自于鉆石在生成過程中包裹的一些的溶液和礦物。
這就是我和老板這次研究的故事。
有人也許會覺得，這難道不會讓鉆石的儲量比我們想象的更豐富嗎？我們能開采更多鉆石嗎？
斯維爾杰斯基表示，運用化學(xué)模型發(fā)現(xiàn)，在地球表面下大約145到195公里，900到1100攝氏度的溫度下才可能生成這種鉆石。目前，沒有鉆井能到達那個深度進行商業(yè)開采。他說，最深的鉆探也不過能達到地表以下15公里。而且顯然，從巖漿帶到地表的鉆石就更稀少了。
目前，鉆石的開采并不會因為這項研究進展受到影響。圖片來源：thegreenerdiamond.org
那這項研究有個卵用？
嗯，它有助于揭示地球深處的流體運動，以及解釋地球上所有生命的碳循環(huán)過程?！耙后w是聯(lián)系淺部地球和深部地球之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，”斯維爾杰斯基說道。“這就是為什么這個結(jié)果很重要。”
所以，這項研究并不會動搖鉆石市場，地球深處并沒有“發(fā)現(xiàn)大量鉆石”。就算地球內(nèi)部滿是鉆石，你手上的鉆戒也不會變成白菜價，你沒有的鉆戒你還是買不起。
洗洗睡吧。
另附本文編輯Jerrusalem和作者在黃石公園的合影一張，不要告訴他們是本AI放的：
果殼科學(xué)人呼吁廣大研究者向黃放同學(xué)學(xué)習(xí)，路見不平親自打臉。請關(guān)注科學(xué)人：
