钻石是如何形成的

一个常见的误解是钻石是由于煤的变质作用而形成的。许多科学课堂仍然根据这一观点教授“钻石是如何形成的”。然而，钻石很少由煤形成。地球上最早的陆生植物——煤的原材料——所产生的钻石比大多数已测定年代的钻石要古老得多！煤无法形成地球上的钻石矿床；仅凭这一证据就足以排除这种可能性。除了沉积岩之外，煤层通常是水平的或接近水平的。相比之下，钻石是在充满火成岩的垂直管道中形成的。 钻石的形成方式 地球表面发现的钻石是通过四种过程产生的。开采钻石的过程几乎产生了所有已发现的钻石。还有三种商业钻石来源，但它们微不足道。煤很少——如果曾经有的话——参与到这些过程中。 地幔中的形成 地质学家认为，深源火山喷发将钻石从地幔带到地表。钻石探矿者寻找这些喷发产生的金伯利岩和钾镁煌斑岩管道。这些管道中很少发现钻石，而且它们非常小，以至于无法产生商业价值。只有当这些管道含有足够的钻石时，才能进行有利可图的开采，并开发露天和地下矿山。这些管道中还有一些钻石经过风化和侵蚀。现在，河流和海岸线中含有冲积矿床，其中含有这些钻石。形成天然钻石需要高温高压。在华氏2000度（摄氏1050度）的温度下，这些条件发生在地球地幔表面以下约90英里（150公里）的地方。由于缺乏临界温度和压力环境，钻石的形成和稳定性并非全球普遍存在。大陆板块下的地幔是这种物质的主要位置。由于深源火山喷发，这些“钻石稳定区”将钻石带到地球表面。地幔碎片从地幔中撕裂，并通过这些喷发迅速带到地表。 俯冲带形成 板块构造过程将岩石深埋到地幔中，将微小的钻石释放到地表。俯冲板块可以在低至华氏390度（摄氏200度）的温度和地表以下50英里（80公里）处形成钻石。另一项研究观察了巴西钻石中洋壳的矿物学。在地球下俯冲的海水可能有助于形成其中一些包裹体。最近，研究人员检查了含有硼的蓝色钻石的起源，这些钻石形成于400英里（650公里）深处。这些超深钻石中的包裹体表明它们来自俯冲的洋壳。 撞击坑形成 纵观历史，地球曾多次受到小行星的撞击。当小行星撞击地球时，会产生极高的温度和压力。一颗六英里（10公里）宽的小行星可以以每秒9到12英里（15到20公里）的速度行进。这种超高速物体的撞击会释放出相当于许多核武器的能量爆发，以及比太阳表面更热的温度。由于这种撞击，钻石完全能够在高温高压条件下形成。已发现的几个小行星撞击坑中含有微小的钻石，支持了这种钻石形成理论。亚利桑那州的流星坑中发现了微小的亚毫米级钻石。在俄罗斯西伯利亚北部波皮盖陨石坑的钻探探险中，发现了尺寸达13毫米的多晶工业钻石。 太空形成 一些陨石含有大量的纳米钻石，纳米钻石基本上是一种直径只有几纳米（十亿分之一米）的钻石。陨石中约百分之三的碳含有纳米钻石。然而，这些钻石可以用作钻石材料的来源；它们不能用于宝石切割或工业磨料。史密森尼学会的研究人员在切割艾伦山陨石样本时，发现了许多微小的钻石。与在地球撞击坑中发现的钻石不同，这些陨石中的钻石可能是在太空中通过高速碰撞形成的。 地球表面的形成 在地球表面，20世纪50年代发现了新的钻石形成方法。科学家们已经创造了在实验室中制造钻石所需的条件。与大多数宝石级钻石不同，早期的钻石是完美的磨料颗粒，用于钻头、切削工具和砂轮。现在，实验室钻石被用于制造高温窗、计算机处理器散热器和耐磨轴承。现代工业流程几乎完全使用实验室制造的钻石。钻石分级实验室还会根据其质量将其分级为无色或略微含有包裹体。在钻石形成环境中，可以添加氮（黄色）或硼（蓝色）以产生一系列颜色。通过后生长处理工艺，可以获得绿色、粉色、橙色和黄色等颜色。实验室制造的钻石在美国和其他几个国家生产，但主要产自中国。实验室培育钻石设备消耗大量电力，以创造生长钻石所需的温度和压力。部分电力可能通过燃煤发电。煤可能是制造钻石的最佳来源。 终结煤的形成 将地球钻石的年龄与最早陆生植物的年龄进行比较，最有说服力地证明了煤在钻石形成中没有作用。在岩石中发现的大多数钻石矿床都与前寒武纪有关，即地球形成（大约46亿年前）到寒武纪开始（大约5.42亿年前）之间的时间。今天开采的大多数钻石是在地球上最早的陆生植物出现（4.5亿年前）近1亿年后形成的。由于煤是由植物残骸形成的，而地球历史上最古老的陆生植物比几乎所有已测定年代的钻石都年轻，因此煤在钻石形成中很可能没有发挥重要作用。 实验室培育钻石 科学家们在20世纪50年代掌握了在实验室中制造合成钻石的技术。直到很久以后才制造出宝石级钻石。然后，随着技术的发展，工程师们开发出了一种完美纯净的碳实验室培育钻石。HPHT技术是“高压高温”的缩写，用于实验室培育钻石。HPHT工艺模拟了地球上天然钻石的形成过程。该过程的第一步是将微小的钻石籽晶放置在碳籽晶（如石墨或金刚石粉末）旁边，并在极端条件下将其暴露在高温高压下。在熔化过程中，钻石籽晶周围会形成纯碳。之后，新形成的物质必须冷却才能进行切割、抛光和镶嵌。钻石的质量不受实验室制造或地壳形成的影响。购买实验室钻石有什么好处？如果您正在寻找道德的订婚戒指选择，实验室培育钻石是一个绝佳的选择。实验室培育钻石的形成只需几周时间，而不是像开采钻石那样需要数百万甚至数十亿年。开采钻石没有可持续的订婚戒指选择。有很多订婚戒指切割方式，就像开采钻石一样。化学气相沉积（CVD）是制造人造钻石的另一种方法。CVD钻石也是一种天然的宝石级钻石，就像HPHT钻石一样。CVD涉及将气体（如甲烷）引入真空室，然后用微波加热并分解其分子。雪花在降雪中堆积，碳原子以类似的方式在基底上堆积。 人类能制造钻石吗？ 人类可以制造人造钻石或实验室培育钻石替代品。化学气相沉积（CVD）是目前更新、更具适应性的方法。CVD钻石是通过在极端温度下加热一小块钻石籽晶（通常是HPHT钻石）来制造的，类似于天然钻石在地下经历的过程。例如，甲烷通过向腔室中填充气体来帮助形成钻石。等离子体是通过用激光电离气体形成的。由于电离，碳附着在钻石籽晶上，缓慢结晶。结果是结晶碳结构，就像从地下开采的钻石一样。仍有大量钻石是使用HPHT钻石方法生产的。该方法使用三种制造技术：皮带压机、立方压机或分体球压机。所有这三种工艺都会产生高压高温环境。使用这种方法，钻石籽晶被放置在碳中。根据使用的方法，然后将其暴露在约华氏2000度的温度和每平方英寸约150万磅的压力下。当碳熔化时，会形成钻石起始籽晶。冷却过程完成后，会形成碳晶体。 结论 在选择合适的钻石或钻石替代品时，无需感到困惑。找到适合您的订婚戒指或其他精美珠宝的完美钻石的最佳方法是在开始搜索之前了解情况。如果您了解钻石的制造方式以及质量、外观和价格如何受到影响，那么找到理想的钻石会更容易。 常见问题 简单来说，钻石是如何形成的？ 在地球上地幔中，高压和高温导致碳原子与四个其他原子键合，从而形成钻石。只要附近有其他碳原子，这个过程就会继续。一颗一克拉的钻石含有数十亿个碳原子。 钻石价格如此之高是因为它们的稀有性吗？ 钻石在数十亿年前形成后，从地球深处到地球表面的漫长旅程中，幸存下来是极其罕见的。在今天的市场上，只有大约50%的钻石被认为质量足够高，可以出售。 哪种宝石最稀有？ 硅硼钙铝石保持着吉尼斯世界纪录，是地球上最稀有的宝石和矿物。在1951年发现硅硼钙铝石之后的几十年里，只发现了两颗样本。据估计，2004年已知的宝石不到24颗。 黄金和钻石相比，价值多少？ 尽管钻石不像黄金那样稀有，但它们的价值更高。因为黄金比钻石稀有，所以它通常被认为更有价值。然而，钻石的商业用途使其比黄金更有价值。 铂金比黄金更好，不是吗？ 大多数情况下，铂金的价值高于黄金。铂金戒指比黄金戒指密度更高，纯度更高，因为铂金是一种更稀有的金属。铂金戒指的价格比黄金戒指高出约40-50%，因为它需要更多的铂金来制作。声望也与铂金相关。 红宝石比钻石更稀有吗？ 尽管某些类型的钻石很稀有，但宝石级红宝石比钻石稀有得多。如果我们比较每种宝石中最壮观的例子，彩色钻石甚至可能比彩色红宝石更稀有。

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