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广东科技报:“彩”钻的秘密
作者:蔡玉冰
来源:广东科技报•科技文化周刊,2012年2月11日,第07版热点追击版
发布日期: 2012-02-13  阅读次数:3013

 

“彩”钻的秘密

本报记者 蔡玉冰

广东科技报•科技文化周刊,2012年2月11日,第07版热点追击版

 

 

    近日,一项关于黑钻石可能产自远古超新星爆炸的研究则引起了不少人的兴趣。原来钻石不只有多种绚丽的色彩,它们还很有可能是古时的“天外来客”。记者针对稀有的彩钻,特别采访了有关领域的专家,为大家揭开彩钻的神秘面纱。

钻石形成实属不易

    王春云介绍,金刚石形成的地质条件十分苛刻:要求必须有碳的来源、极高的温度,极高的压力,而且,结晶时间不能太短。
金刚石作为典型的高温、高压矿物,最适宜于结晶的压力条件为5-7吉帕,温度则高达1200-1800℃,推测形成金刚石的金伯利岩岩浆深度当在地面以下150千米左右。通常认为,结晶时间越长,越适宜于生长出大颗粒的金刚石。

    不过,王春云也指出,在如此高温高压状态下形成的金刚石若要在我们日常生活中所处的常温常压状态下保持形态不变的话,是需要特殊条件的。由于金刚石存在的压力迅速降低了,因此必须做温度方面的适应性转变。有关科学实验证明,如果金刚石形成的高温保持不变的话,压力迅速下降,会使得金刚石全部转化为一钱不值的石墨。而这也再一次地证明了,今天我们身边那些开采出来的美丽钻石是多么地珍贵。

呈色原因相当复杂

    经过记者调查了解发现,许多人并不了解彩色钻石,甚至从未听说。面对人们对于彩色钻石的好奇,中国科学院广州地球化学研究所王春云给出了进一步的解释。

    钻石的另一个中文名就是金刚石,虽然有时也被人特指经过精雕细琢的金刚石。在理想的状态下,钻石作为超级纯净的碳晶体,作为理想的、完整的等轴晶系晶体,其在可见光范围内对于色光是没有选择性吸收的,因此会表现为无色。而无色也就是人们在生活中所理解的白色。然而,在自然界地质条件下生成的无色纯净的钻石是极为稀少的。绝大部分钻石在其漫长的结晶过程中,多少都会受到外界生长环境的影响,杂质元素会进入其晶格,而晶格也会受到一定程度的损伤,于是会出现深浅不一、色调各异的颜色来。

    据了解,彩色钻石主要包括四大系列,第一为黄色系列,包括无色、浅黄至黄色钻石;第二为褐色系列,包括不同强度的褐色钻石;第三为彩色系列,包括粉红、紫红、金黄、蓝色、绿色等钻石;第四为黑色系列。

    关于绚丽夺目的彩色钻石,王春云表示,其呈色的机理是一个相当复杂的科学问题,而它也一直是国际学术界关注的焦点。到目前为止,大约可以总结出四种致色因素。其中较有代表性且被人们所了解的有两种。其一是晶格杂质元素致色,即钻石中的碳少量地被原子序数邻近的氮(N)、硼(B)等所置换,此外在晶格间隙还可含有氢(H)等杂质元素,这些杂质元素在钻石结构中代替碳原子而与其它碳原子相连,从而产生不同的颜色。如杂质氮可使钻石产生黄色,杂质硼对可使钻石产生蓝色,等等。其二是辅照损伤致色,即自然界的放射性元素衰变产生高能射线,射线可以使钻石结构遭到破坏,在钻石晶格中形成辅照损伤色心, 而色心对可见光进行选择性吸收,而使钻石呈现各种鲜艳的颜色,如绿色、蓝色、粉色、玫瑰色、紫色、紫红等。目前,人们通过人工高能粒子辐射的方法,可以成功地对钻石改色,大幅度地提高钻石的价值。

    “彩色钻石”因为其绚烂的色彩和饱和的色度而身价倍增。一颗同重量的彩色钻石可能是同样重量的无色钻石的50倍,甚至百倍,或更多。因此,彩色钻石极具市场号召力,它激励着世界各国的科学家将数目众多的、颜色不佳的普通钻石,进行人工致色。

黑钻可能来自太空

    由于黑钻石属于钻石中较为罕见的稀有品种,因此许多人并未听说过它的存在。近日,美国的研究学者通过红外光谱仪对黑钻进行分析认为,黑钻来自于远古超新星爆炸。不过对此消息,有人认为从氦到碳的聚变只发生在恒星核心处,并且如果恒星处在氦聚变阶段,所产生的热量会使氦处于等离子状态,并不会形成碳晶体。

    面对上面的争议,王春云提出了自己的观点。神秘的黑色钻石为“超新星爆炸产物”的观点是美国佛罗里达州立大学和凯斯西储大学几位杰出的物理学家所提出的。这些学者研究发现,地球上的黑色钻石并不是地球本身演化产生的,而是全部来自外太空,因为他们在黑色钻石中发现了大量氢元素,而氢元素来自富含氢元素的外层太空。于是他们设想,黑色钻石是超新星爆炸的产物,爆炸的碎片最初坠落在地球上时,直径约有1公里甚至更长,有如一颗小型的行星。

    不过,王春云指出,这只是个理论模型,理论上还需要进一步的实验进行验证。超新星爆发时温度极高,可以破坏任何化学键,但在爆炸之后究竟发生了哪些物理化学过程,仍有待人们的继续研究。王春云认为,超新星爆炸之后,温度、压力必然递减,在超新星爆炸后期的冷却过程中既然可以产生氦聚变,逻辑上当然也可以发生碳聚变,形成碳质的钻石壳,钻石壳上脱落的钻石块体飘散在太空中,如果穿过地球大气层降落在地球上,就可以形成地球上罕见的黑钻石了。

 
中文题录:蔡玉冰,2012,“彩”钻的秘密。广东科技报•科技文化周刊,2012年2月11日,第07版热点追击版;国英科技网转载,URL: < http://www.guoying.com.cn/xinwen.jsp?id=832 >, Release date: 2012-02-13.

 
参考文献:
 

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