参考消息网2月7日报道 美国趣味科学网站1月15日发表题为《从地球中心喷出的钻石喷泉揭示了超级大陆的消失历史》的文章，作者是斯蒂芬妮·帕帕斯。全文摘编如下：

在8600万年前白垩纪末期，如今南非境内的一个火山裂隙在隆隆声中苏醒过来。在地表以下，岩浆从上百英里的地下向上喷射，速度就像高速公路上的汽车一样快——如果那辆车在坚硬的岩石中飞驰，不仅吞噬岩石和矿物质，还把它们带向地表。

地球表面的景象已经消失在历史中，但它可能像维苏威火山的喷发一样剧烈。它在低矮、风化的白色山丘下留下一系列胡萝卜形状、填充火成岩的火山管。

1869年，一名牧羊人在附近的河岸发现一块巨大的闪闪发光的岩石，这使这处不起眼的景观突然变得声名大噪。这块岩石是一颗巨大的钻石，最终被称为“非洲之星”，那些白色山丘隐藏着后来成为南非钻石热中心的金伯利矿，它极有可能是地球上有史以来人工挖掘出的最大的洞。

多亏了金伯利矿——通常被称为“大洞”——发现钻石的岩层现在被称为金伯利岩。这种岩层分布在全球各地，从乌克兰到西伯利亚再到西澳大利亚，但规模相对小且罕见。它们的特别之处在于它们的岩浆来自很深的地下。到底有多深仍然存在疑问，但已知它们是从位于热对流地幔边缘的大陆基底下方产生的。有些可能来自更深处，在上层地幔和下层地幔的过渡处。

因此，这些岩浆进入非常深、非常古老的岩石，它们还与只发生在地球深处的其他过程相互作用——即钻石的形成。要将普通的碳结晶成坚硬、闪闪发光的钻石需要巨大的压力，所以这些宝石至少是在地下93英里(约合150公里)处的岩石圈最深处形成。

岩石圈是地壳和相对坚硬的上地幔的科学术语。一些被称为亚岩圈钻石的钻石在更深处形成，大约在地下435英里处形成。

金伯利岩在向地表喷发的过程中，捕获钻石并将其拖到地壳上层，在运送过程中，钻石相对完好无损，有时甚至含有来自地幔本身的水囊。

研究人员早就知道，构造板块在相互挤压的过程中，会把碳从地表拖到地下深处，在那里它可以结晶成钻石。现在，他们开始发现，下沉的东西(有时)一定会上升，而碳的重新出现——如今被压成闪闪发光的宝石——也与构造板块的运动有关。尤其是，钻石似乎是在超级大陆分裂时喷发出来的。

瑞士伯尔尼大学研究钻石的地质学家苏齐特·蒂默曼说：“虽然这是不同的过程，但钻石和金伯利岩一起可以让我们了解超级大陆时代的生命周期。”

没有人亲眼看到过金伯利岩喷发。在过去5000万年里，几乎没有过这种喷发。最近一次可能的喷发发生在1万多年前的坦桑尼亚。不仅如此，澳大利亚柯廷大学研究员雨果·奥利鲁克说，金伯利岩中的主要物质——矿物质橄榄石——在地表很快就风化掉了。

这使得研究金伯利岩变得具有挑战性。例如，科学家们对地幔中熔化岩石的原始来源的化学成分以及金伯利岩如何设法穿透被地质学家称为“克拉通”的稳定核心感到困惑。克拉通(也称古陆核——本网注)是大陆厚厚的内部，通常不会被破坏。

最近的一些研究结果为这种情况的发生勾勒了新的解释。第一个线索是时机。加拿大不列颠哥伦比亚大学火山学家凯利·拉塞尔说，人们早就注意到金伯利岩活动的脉冲似乎与超级大陆分裂的大致时间吻合。挪威北极大学的地球科学家塞巴斯蒂安·塔佩2018年领导的一项研究对这一时机的巧合进行了全球考察，结果发现：大约12亿年至10亿年前，超级大陆“努纳”附近的金伯利岩爆发次数激增。

根据2018年的研究结果，另一次脉冲发生在6亿至5亿年前，与超级大陆“罗迪尼亚”分裂的时间重合，随后在4亿至3.5亿年前又发生了一次较小的脉冲。但最多产的时期，占所有已知金伯利岩的62.5%，发生在2.5亿至5000万年前。这一时间范围恰好与超级大陆盘古大陆的分裂相吻合。在一些研究人员看来，这表明超级大陆周期对金伯利岩喷发至关重要。

奥利鲁克对趣味科学网站记者说：“这些大陆的分裂对于让这些钻石从这些地下深处上升到地表至关重要。”

奥利鲁克及其团队最近分析了澳大利亚西部一个地层中不同寻常的粉红色钻石的年代，发现它们很可能是在13亿年前在超级大陆“努纳”分裂的窗口期内来到地表的。奥利鲁克说，这一新发现将钻石与大陆地壳的伸展联系起来。

他说：“正是这些拉伸力让那些深藏的小岩浆囊上升到顶部。”

然而，棘手的问题是，这是如何发生的。要获得金伯利岩，有两个关键成分：富含液体的深层熔岩，以及可能把这些熔岩带到地表的大陆分裂。没有人知道金伯利岩形成的原因是什么，但金伯利岩的化学成分与它熔化而来的地幔岩石有很大不同。金伯利岩还富含水和二氧化碳等挥发性物质，这使得它们具有如此高的浮力和高速度。它们穿过地壳，就像香槟从刚开塞的瓶子里冲出来一样，以时速83英里的速度上升。相比之下，在夏威夷等地，火山喷出的岩浆最高时速约为13.5英里。

2023年8月进行的一项研究利用计算机建模来弄清金伯利岩如何能够冲破大陆厚厚的中心地带。研究人员发现，大陆地壳分离的断裂过程是关键。这种拉伸在大陆的表面和底部都形成了山峰和山谷。在底部，这些锯齿状边缘使温暖的地幔物质上升，然后冷却并下降，形成涡流。这些涡流混合了来自大陆基底的物质，形成泡沫状、有浮力的金伯利岩，然后这些金伯利岩可以冲向地表，携带着它们在上升过程中可能碰巧遇到的钻石。

这个过程就在大陆分裂的地方开始，但模型显示，形成这些锯齿状涡流的区域破坏了克拉通上邻近区域的稳定，在越来越接近大陆内部的地方产生了同样的动态。结果形成了一种金伯利岩喷发的模式，从分裂带附近开始，到逐渐进入稳定地壳区域。领导这项研究的英国南安普敦大学地质学家托马斯·杰农说，这种缓慢的行进解释了为什么金伯利岩脉冲在大分裂开始后一段时间才会达到峰值。

他说：“你会看到这些金伯利岩峰值似乎是在大型超级大陆分裂后出现的。但这不仅仅是一个一次性的事情；它可能在超级大陆分裂后持续很长时间。”

塔佩说，金伯利岩在大陆基底可能相当常见，他在2018年对金伯利岩和超级大陆分裂的研究得出了与杰农类似的结论。塔佩及其团队发现，这些熔岩可能在盘古大陆分裂期间尤为突出，因为自地球凝固以来一直在缓慢冷却的地幔在大约2.5亿年前达到了合适的温度，金伯利岩类型的熔岩占据了主导地位。在那个时期之前，该区域的岩石可能太热了，无法得到使金伯利岩如此容易喷发的熔岩和挥发性物质的结合体。这可能是大多数金伯利岩钻石矿可以追溯到盘古大陆分裂时期的原因之一。

正如曾经覆盖金伯利矿的暗淡白色山丘所证明的那样，金伯利岩本身透露不了多少关于其起源地幔的信息。它们会在几年内逐渐风化掉，失去在化学层面上的很大一部分吸引力。然而，金伯利岩内部携带的钻石是另一回事。它们有自己的形成历史，与金伯利岩岩浆本身的形成时间并不一致。但它们在地表以下上百英里深处的偶然相遇意味着，原本永远不能见天日的地幔碎片可以到达人类手中。

这些地幔碎片是钻石形成时的微小液体囊。其中许多“包裹体”可以追溯到数亿年前，而少数标本的年龄以数十亿年计。此外，这些钻石中有一些在地幔很深处形成，因此某些钻石可能携带深达地幔和地核之间边界处的物质。

加拿大不列颠哥伦比亚大学研究钻石勘探的教授马娅·科佩洛娃说：“只有在金伯利岩中，我们才能看到来自地下400公里甚至2000公里的样本。地球上没有其他岩浆能做到这一点。”

虽然钻石喷发可以追溯到超级大陆分裂的故事，但它们的形成也可能为大陆如何形成提供线索。在2023年10月发表在英国《自然》周刊上的一项研究中，蒂默曼研究了巴西和几内亚的钻石，这些钻石形成于地下300至700公里深处。通过测定钻石内部液体包裹体的年代，蒂默曼和她的同事们估计，这些钻石形成于6.5亿年前、超级大陆“冈瓦纳”形成的时候。

蒂默曼对趣味科学网站记者说，这些钻石很可能附着在大陆基底，在那里待了几千年，直到白垩纪“冈瓦纳”大陆分裂，金伯利岩把它们带到了地表。

蒂默曼说，这些超深层钻石的重要之处在于，它们帮助解释了大陆是如何形成的。当海洋地壳挤压大陆地壳时，超级大陆就形成了。这一过程被称为俯冲，它将海洋两侧的两块大陆拉得更近。这种俯冲方式也将碳带到深处，在那里其可以被压缩成钻石。

蒂默曼解释说，在地幔下，这些俯冲板块的碎片可以变得有浮力并携带着超深层钻石回升。这种物质可能附着在大陆基底数千年，帮助它们从下面生长。这或许还可以解释，超深层钻石如何落在金伯利岩可以抓到它们的地方。

蒂默曼说：“深层钻石可以为我们提供更多关于俯冲过程、地幔对流、液体-岩石相互作用和超级大陆周期内地壳下方发生的其他过程的信息。”

她还说，还有许多其他问题需要回答。例如，科学家仍然不知道俯冲板块如何改变超级大陆的基底，以及这是否影响超级大陆分裂前的持续时间。另一个悬而未决的问题是，这种再循环的地壳物质是否会影响金伯利岩岩浆形成的时间和地点。

古老的钻石还可能告诉我们地球混乱历史上的其他里程碑。

奥利鲁克说，一些钻石来自于地球形成时融入地球的碳，而另一些钻石则来自与俯冲地壳的板块一起被拖下去的古生物的碳。通过分析钻石包裹体内碳的分子结构，可以判断钻石是由哪种过程形成的。因此，这些包裹体可能包含地球历史上模糊数字的秘密，比如大范围俯冲开始的时间，或者海洋生命开始盛行的时间。

但为了得到这些答案，研究人员需要更好地弄清楚钻石的年龄。他们还需要更多古老的、来自最深处的钻石。

奥利鲁克说：“从最近的超级大陆分裂到之前的超级大陆分裂，我强烈怀疑还有很多有待发现的东西。”