4.5亿年前的钻石揭示地球演变的秘密

形成于 6.5 亿至 4.5 亿年前的超深层钻石展示了大陆是如何发展和移动的。对从巴西和西非矿山挖掘出的古老超深层钻石的分析揭示了地球上复杂生命早期演化过程中大陆演化和移动背后以前未知的机制。这些钻石形成于距今 6.5 亿至 4.5 亿年前的冈瓦纳超级大陆的底部，经过一个国际专家小组的分析，显示了冈瓦纳等超级大陆是如何形成、稳定以及如何在地球上移动的。

参与这项研究的威茨地球科学学院的卡伦-斯密特博士说："超深层钻石极为罕见，我们现在知道，它们可以告诉我们很多关于大陆形成全过程的信息。"我们希望通过测定这些钻石的日期来了解最早的大陆是如何形成的。"

卡伦-斯密特（Karen Smit）博士在威茨大学地球科学学院新开发的同位素实验室。图片来源：威茨大学

钻石形成于几百万到几十亿年前，可以照亮地球地幔最黑暗和最古老的部分。大陆在地球表面漂移，创造了"超级大陆"，也摧毁了"超级大陆"。这些迁移被统称为"超大陆周期"，而钻石是少数几种足以幸存下来并记录这些古老的创造和毁灭周期的矿物之一。

超大陆可以将深海板块俯冲--板块构造的驱动力--集中在非常特定的区域。这种深层地质过程，尤其是在过去，一直很难直接研究，因为大洋地壳很年轻，而大陆地壳只能提供地球深层运作的有限视角。古老的钻石提供了一个直接了解深层板块构造引擎及其与超大陆周期关系的窗口。

瑞士伯尔尼大学的苏泽特-蒂默曼（Suzette Timmerman）博士领导的研究小组通过对钻石内部微小的硅酸盐和硫化物包裹体进行测年，确定了在冈瓦纳大陆底部 300 至 700 千米深处形成的钻石的年代。研究的目的是追踪物质是如何被添加到超级大陆的龙骨上的。在此过程中，研究小组发现了一个以前未知的地质过程。这项研究最近发表在《自然》杂志上。

斯密特说："对钻石内含物的地球化学分析和年代测定，结合现有的大陆迁移板块构造模型，表明钻石是在 6.5 亿至 4.5 亿年前冈瓦纳超级大陆覆盖南极时，在冈瓦纳下方很深的地方形成的。"

在钻石形成的过程中，钻石的主岩变得具有浮力，将俯冲地幔物质和钻石一起运送到地幔中。这些物质被添加到冈瓦纳大陆根部的底部，从根本上"成长"为超级大陆。

大约 1.2 亿年前，冈瓦纳大陆开始分裂，形成了现在的大洋，如大西洋。9000 万年前，钻石在剧烈的火山爆发中被带到地球表面，它们携带着主岩的微小夹杂物。

带有微小硅酸盐和硫化物包裹体的钻石揭示了大陆形成和稳定的新过程，从而揭示了地球生命的早期演化过程。资料来源：威茨大学

目前这些火山喷发的地点位于巴西和非洲西部的大陆碎片上，而这正是冈瓦纳的两个主要组成部分。因此，这些钻石一定是随着前超级大陆的不同部分一起迁移的，因为它们分散开来，"粘"在它们的基地上。

"钻石的这一复杂历史表明，它们在地球内部的纵向和横向迁移都非常顺利--可以追溯到超大陆的形成及其演化的后期阶段。相对年轻的物质在大陆根部的增生加厚了这些古老的大陆碎片，并将它们焊接在一起，这表明了一种潜在的大陆生长新模式"。

斯密特在卡内基科学研究所对硫化物包裹体进行了同位素分析。她目前在威特沃特斯兰德大学工作，所在的团队正在开发新的同位素实验室和方法，以便最终能在威特沃特斯兰德大学进行钻石包裹体分析。

斯密特说："我们已经在2022年安装了必要的设备，并正在努力将高度专业化的技能和设备整合在一起，这样我们就可以在南非开展这类钻石研究工作，而以前只能在海外进行。我们需要这类研究来了解大陆是如何演变和移动的。没有大陆，就没有生命。这项研究让我们深入了解大陆是如何形成的，它与生命是如何进化的，以及是什么让我们的星球地球与其他星球不同。"