“保护地球 精彩地质”作品选登——地球的时间胶囊:钻石

 非洲是人类的诞生地,是一块位于地球中间的大陆。在3亿年前的远古时期，非洲大陆并不存在，事实上那个时候我们熟知的大陆都不存在,而是一个被海洋所包围的超级巨大的陆块—我们称之为盘古大陆。从某一天开始这个被称为“盘古大陆”的超级大陆被地球内部上涌的圆柱状热地幔物质拱裂，大量的炽热的岩浆碰到地表。自寒武纪“生命大爆发”以来持续了3亿年的古生代生物群被摧毁，统一的超级大陆裂解成许多碎块。然而，这种强大的地质力量开启的不仅是一个超级大陆的终结，而是要孕育出新的地球格局，呈现给我们现今的大洲、大洋，并从地球深部带给我们久远的线索。

图1距今2.4亿年的盘古大陆

图2地幔柱示意图

我们的地球母亲太古老了，以至于我们想了解它的过去却无从下手。于是它轻轻的从窗口扔出一颗时间胶囊。火山就是了解地球深部的窗口，那粒时间胶囊是一颗小小的石头——钻石。

这种小小的石头蕴藏着非洲大陆形成过程极为隐秘的线索，现而今被全世界大多数女性所喜爱，这倒不是因为它蕴藏的秘密，而是它晶莹剔透、美丽闪烁的外表。这就是集万千宠爱于一身的钻石。然而对地质学家而言，这些钻石远比他的外表和价格更为重要，因为其中隐藏的这片陆地数十亿年形成过程的答案，就在这些钻石中。盘古大陆的分裂，说明了非洲从超大陆废墟中形成的过程。但是这里却隐藏着一个更为隐秘的秘密，那便是形成非洲大陆的起源比盘古大陆更早。

钻石的开采工作非常辛苦，每采出十吨岩石才有可能出现一克拉的钻石。因此，这些钻石价格不菲。对于工人来说，这些小石头代表着支撑家庭生活的薪水；对于女人们来说，这些亮晶晶的石头代表着男人对爱情的承诺；但是对于地质学家来说，这些小石头是古老起源的时间舱，其关键证据就是钻石中原子的分布方式。

钻石是由碳原子构成的。每个碳原子周围有又4个碳原子紧密相联合，形成立方体心晶胞结构。这些碳原子只能在超过5万个大气压下才能结合，而地球上唯一可以拥有这么大压力的地方就是在地球内部、地表以下大约150-200公里的深处。但是，在地球内部的绝大多数地区，位于如此深度的岩石温度都非常高，根本无法形成钻石。

图3钻石中碳原子分布图

如果温度过高，钻石就无法稳定，只有在特定的条件下，碳原子才能相互紧密结合，形成钻石。这就需要一些特定的条件和特定的地方，而具有这样特定条件的地方称之为克拉通，我们可以把它理解为稳定地块的巨大岩石底部。

这些岩石底板延伸到地下200公里处，因为它是坚固的岩石，所以温度要比周围的地幔低得多，这就意味着克拉通底部具备了形成钻石的绝佳条件，因为只有在克拉通下部才具有形成钻石所需的独特低温和高压环境。

科学家们通过钻石内包裹体的放射性同位素测年告诉我们，这些钻石具备30亿年的年龄。因此，能够出产钻石的地方就能告诉我们这是一块与众不同的古老地块。

比如，塞拉利昂位于一个有数亿年之久的古老岩石之上，这块岩石叫西非克拉通，是地球最古老的陆地之一。然而，这块陆地并非是非洲唯一最古老的岩石。在非洲大陆上，拥有着5块这样的古老克拉通，每块都形成了独特的地质环境。在非洲南部是克拉哈利克拉通，位于非洲南部大部分地区的地下，而在非洲东部是刚果克拉通，它形成了非洲最大的雨林之一，再向北，在撒哈拉沙漠下面存在着另一个古老大陆块。这些陆地可以追溯到大陆起源的初期。

30亿年前，当时的地球和现在很不一样，没有非洲，甚至根本没有大陆，只有几个小型克拉通，通俗地说是漂在浩瀚海洋中的几个小岛。这种状态一直延续到某个地质事件的发生，这些事件促使几个克拉通连接起来，形成了盘古大陆。这个大陆块后来由于在此的地质事件而分裂形成非洲。为了寻找这一变化的证据，我们要沿着非洲钻石这一线索前进。

钻石经过切割和抛光，最终会魅力四射，成为爱美女性的玩物，她们追求着极致的净度和极高的色级。而地质学家青睐的钻石往往被女性们所摒弃，因为地质学家寻找具有杂质的钻石，这些含有杂质的钻石中含有微小的岩石碎片，而这些岩石碎片在钻石形成的时候被包裹其中。利用这些钻石里面的杂质，可以辨认出非洲和地球发生的最重要的一个变化，即首批大陆的形成。这些携带着杂质的钻石是来源于大陆下方地幔最完美的文物。对其中包含杂质的颗粒进行研究分析，可以获得有关大陆起源和演化的基础信息，以揭开非洲克拉通连接的神秘面纱。

科学家们发现了年龄为35亿年的钻石里含有一个紫色漂亮的原生矿物石榴石，这些石榴石来源于克拉通下方的最古老的地幔，而形成这颗原生矿物的地幔年龄约有35亿年。还有一颗钻石，里面有一个漂亮的来自榴辉岩的橘色石榴石，年龄小于30亿年。榴辉岩是海洋地壳的残留物，这些海洋地壳的碎片被包裹在钻石中，而这颗钻石在克拉通的下方150-200公里处形成。所以问题是，发现于海洋底部的海洋地壳碎片，即一层薄薄的高密度岩石为何会进入到位于克拉通底部的钻石中呢？

我们认为，30亿年前发生的主要运动是板块构造运动。坚硬的板块开始横向移动，而这些板块在克拉通下方相互挤压。由于碰撞作用，海洋底部的高密度岩石开始下沉至克拉通下方，称之为俯冲运动。这种下沉的岩石传送带，对其上方陆地产生了巨大的影响，正是由于它的带动，它将很多克拉通牵引到一起。俯冲运动对超大陆的形成很重要，因为它将大陆的面积变大。板块的运动使较小的大陆核通过大陆碰撞链接在一起。从而能使大陆块变大。最终形成一个超大陆。

图4俯冲运动示意图

最初，非洲克拉通也许就是海洋中孤立的小岛。然而30亿年前，这一切发生了变化，随着各个岛屿的移动，它们相互碰撞并熔合在一起，形成了地球上首批大陆。最终在6亿年，俯冲运动使构成非洲的5个克拉通连接在一起，形成一个叫冈瓦纳古陆的大陆。至此后的5亿年，地球都在发生着不寻常的变化，包括盘古大陆的形成及其一亿年后的急剧毁灭。

非洲5个克拉通连接在一起，年代久远，稳定坚固，直到现在。35亿年来，地球见证了大陆沧海桑田永不停息的变化，而今所看到的大陆的一切，无论是那里的文化、野生动植物、冲突都能在地质事件中找到源头。

这一切都是在一粒闪闪发光的石头中得到的线索。