鑽石的形成與發現

鑽石,即礦物學中的金剛石,是碳元素經地質作用而形成,原生礦主要為金伯利岩和鉀鎂煌斑岩中,鑽石最早發現於印度,最大的鑽石生產國為澳大利亞,其它主要國家有南非、前蘇聯、薩伊、波劄那、納米比亞等國家,中國開採鑽石歷史較晚,鑽石礦床主要有湖南沅江流域、遼寧瓦房店、山東等地。

鑽石的發現

鑽石,即礦物學中的金剛石,是碳元素經地質作用而形成,原生礦主要為金伯利岩和鉀鎂煌斑岩中,鑽石最早發現於印度,最大的鑽石生產國為澳大利亞,其它主要國家有南非、前蘇聯、薩伊、波劄那、納米比亞等國家,中國開採鑽石歷史較晚,鑽石礦床主要有湖南沅江流域、遼寧瓦房店、山東等地。在1880年英國人在南非創建戴比爾斯公司,從而壟斷性地控制世界80%以上的鑽石原石的開採和購銷。

鑽石化學成分

鑽石的化學成分是碳,這在寶石中是唯一由單一元素組成的。屬等軸晶系。晶體形態多呈八面體、菱形十二面體、四面體及它們的聚形。純淨的鑽石無色透明,由於微量元素的混入而呈現不同顏色。强金剛光澤。折光率2.417,色散中等,為0.044。均質體。熱導率為0.35卡/釐米?秒?度。用熱導儀測試,反應最為靈敏。硬度為10,是現時已知最硬的礦物,絕對硬度是石英的1000倍,剛玉的150倍,怕重擊,重擊後會順其解理破碎。一組解理完全。密度3.52克/立方釐米。鑽石具有發光性,日光照射後,夜晚能發出淡青色磷光。X射線照射,發出天藍色螢光。鑽石的化學性質很穩定,在常溫下不容易溶於酸和堿,酸堿不會對其產生作用。

鑽石與相似寶石、合成鑽石的區別。寶石市場上常見的代用品或贗品有無色寶石、無色尖晶石、立方氧化鋯、鈦酸鍶、釔鋁榴石、釔鎵榴石、人造金紅石。合成鑽石於1955年首先由日本研製成功,但未批量生產。因為合成鑽石要比天然鑽石費用高,所以市場上合成鑽石很少見。鑽石以其特有的硬度、密度、色散、折光率可以與其相似的寶石區別。如:仿鑽立方氧化鋯多無色,色散强(0.060)、光澤强、密度大,為5.8克/立方釐米,手掂重感明顯。釔鋁榴石色散柔和,肉眼很難將它與鑽石區別開。

鑽石形成原因

地球上金剛石礦的主要來源是出自金伯利岩管。所謂金伯利岩管,也就是首次發現有大量金剛石的這個村子,名叫金伯利村,金伯利村的村名又是因為佔領治理這個村的統治者是名叫金伯利(Kimberlite)的勳爵,而這個村子正好建立在一個大型的產有金剛石的岩管頂端,因而把這種地質結構稱為金伯利岩管。

金伯利岩管的形成是一種複雜的地球變化過程的產物。地球由三大部分組成,地球的表面有一層厚厚的地殼,地球中心有一個結構非常緊密的覈心,地核與地殼中間即是地幔(俗稱岩漿)。岩漿在地殼不同板塊移動的壓力下必然會沿著縫隙上升,如果某處的縫隙在地球表面就形成了火山的爆發,而當這種縫隙在地球表面被堅硬的岩石堵住,於是岩漿在上升到這堅硬的岩石下麵後就被封住了,當處於這種狀態時,這股上升的岩漿承受了巨大的壓力,在無法衝破岩石的情况下,這股岩漿也就只能逐漸冷卻,最後成為管狀的礦體嵌在地殼的縫隙中間,這管狀的礦體在由高溫岩漿逐漸冷卻的過程中,必然有很長一段時間是處於1100~1657°C範圍內和高壓狀態中,此時岩漿中的碳分子就被擠壓而形成了金剛石。再經過千百萬年的風化作用,頂住岩漿上升的岩石被風化了,於是這根岩漿形成的管狀礦體裸露了出來,甚至這根岩管的頂部也被風化了,於是頂端的金剛石會隨著風化表層一起在風或雨水的挾裹下流向低窪區域,這就是為什麼開始發現鑽石的地方大都是在河床或沙漠中的原因。表層被風化的金剛石礦稱為砂礦,岩管表層下未被風化的礦體稱原生礦。

現代科學技術、手段為探索鑽石的形成提供了新思路和方法。鑽石是世界上最堅硬的、成份最簡單的寶石,它是由碳元素組成的、具立方結構的天然晶體。其成份與我們常見的煤、鉛筆芯及糖的成份基本相同,碳元素在較高的溫度、壓力下,結晶形成石墨(黑色),而在高溫、極高氣壓及還原環境(通常來說就是一種缺氧的環境)中則結晶為珍貴的鑽石(白色)。為了便於理解鑽石的起源,先看一看含有鑽石的原岩。

自從鑽石在印度被發現以來,我們不斷聽到人們在河邊、河灘上撿到鑽石的故事,這是由於位於河流上游某處含有鑽石的原岩,被風化、破碎後,鑽石隨水流被帶到下游地帶,比重大的鑽石被埋在沙礫中。鑽石的原岩是什麼?1870年人們在南非的一個農場的黃土中挖出了鑽石,此後鑽石的開掘由河床轉移到黃土中,黃土下麵就是堅硬的深藍色岩石,它就是鑽石原岩——金伯利岩(kimberlite)。什麼是金伯利岩?金伯利岩是一種形成於地球深部、含有大量碳酸氣等揮發性成份的偏鹼性超基性火山岩,這種岩石中常常含有來自地球深部的橄欖岩、榴輝岩碎片,主要礦物成份包括橄欖石、金雲母、碳酸鹽、輝石、石榴石等。研究表明,金伯利岩漿形成於地球深部150公里以下。由於這種岩石首先在南非金伯利被發現,故以該地名來命名。

另一種含有鑽石的原岩稱鉀鎂煌斑岩(lamproite),它是一種過鹼性鎂質火山岩,主要由白榴石、火山玻璃形成,可含輝石、橄欖石等礦物,典型產地為澳大利亞西部阿蓋爾(Argyle)。

科學家們經過對來自世界不同礦山鑽石及其中原生包裹體礦物的研究發現,鑽石的形成條件一般為壓力在4.5-6.0Gpa(相當於150-200km的深度),溫度為1100-1500攝氏度。雖然理論上說,鑽石可形成於地球歷史的各個時期/階段,而現時所開採的礦山中,大部分鑽石主要形成於33億年前以及12-17億年這兩個時期。如南非的一些鑽石年齡為45億左右,表明這些鑽石在地球誕生後不久便已開始在地球深部結晶,鑽石是世界上最古老的寶石。鑽石的形成需要一個漫長的歷史過程,這從鑽石主要出產於地球上古老的穩定大陸地區可以證實。另外,地外星體對地球的撞擊,產生瞬間的高溫、高壓,也可形成鑽石,如1988年前蘇聯科學院報導在隕石中發現了鑽石,但這種作用形成的鑽石並無經濟價值。

稀少的鑽石主要出現於兩類岩石中,一類是橄欖岩類,一類是榴輝岩類,但僅前者具有經濟意義。含鑽石的橄欖岩,目前為止發現有兩種類型:金伯利岩(kimberlite)(名字源於南非得一地名——金伯利)和鉀鎂煌斑岩(lamproite),這兩中岩石均是由火山爆發作用產生的,形成於地球深處的岩石由火山活動被帶到地表或地球淺部,這種岩漿多以岩管狀產出,囙此俗稱“管礦”(即原生礦)。含鑽石的金伯利岩或鉀鎂煌斑岩出露在地表,經過風吹雨打等地球外營力作用而風化、破碎,在水流沖刷下,破碎的原岩連同鑽是被帶到河床,甚至海岸地帶乘積下來,形成沖積砂礦床(或次生礦床)。

資料標籤: 鑽石 金伯利 藍寶石
本文標題: 鑽石的形成與發現
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