20年前，在非洲南部的卡拉哈里沙漠深處，托馬斯·格農(nóng)第一次來到開采鉆石的金伯利巖礦場(chǎng)，“溫度驟升，爆炸聲在墻壁上回蕩——就像是一場(chǎng)火的洗禮，如同走進(jìn)地獄”。而且，鉆石礦內(nèi)到處都是攝像頭。他還被警告：只要在他身上發(fā)現(xiàn)任何鉆石，不論他是否有意攜帶，都會(huì)招致極大麻煩。
不過，格農(nóng)來這里并不為了挖鉆發(fā)財(cái)，而只是想揭開地球上最大的謎團(tuán)之一——鉆石的確切形成過程。在地質(zhì)學(xué)家心中，鉆石有著比財(cái)富更特殊的價(jià)值：它們就像時(shí)間膠囊，蘊(yùn)藏著遠(yuǎn)古地球的秘密。
很久很久以前，在極其炎熱而人不能至的地幔深處，由自然力量鍛造出的鉆石隨著巖漿以超音速噴射到地表，形成金伯利巖。迄今為止，地質(zhì)學(xué)家對(duì)這個(gè)確切過程仍知之甚少，因?yàn)樵趲装偃f年前，將鉆石推向地表的金伯利巖噴發(fā)活動(dòng)似乎就已停止了。
經(jīng)過多年探尋，如今在英國(guó)南安普頓大學(xué)任職的格農(nóng)和研究伙伴偶爾發(fā)現(xiàn)了一處可能可以全面研究金伯利巖噴發(fā)過程的模型。在研究過程中，他們從中發(fā)現(xiàn)了鉆石的形成過程和機(jī)制，還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極其誘人的前景：金伯利巖噴發(fā)可能并未終止，鉆石還將從地幔噴涌而出。
地球深處的“歷史學(xué)家”
人們一般認(rèn)為，煤炭在地下受到高溫高壓，從而使碳原子重新排列形成鉆石。但在模擬地球深處極端溫度和壓力的地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，地質(zhì)學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)了不同線索——有些鉆石可能是在地幔中直接形成的。
地幔是一個(gè)固態(tài)但流動(dòng)的地層，富含碳的物質(zhì)在這里受到極致擠壓和排擠，最終長(zhǎng)出了純凈的碳晶體棱柱。其他鉆石則可能是在構(gòu)造板塊被推入地幔時(shí)產(chǎn)生的：板塊下沉?xí)r，會(huì)拖拽著其中的有機(jī)物質(zhì)一同沉降，包括海洋中的碳酸鹽類礦物。不斷升高的溫度和壓力使這些碳酸鹽的化學(xué)性質(zhì)變得不穩(wěn)定，最終碳被擠出并形成了鉆石。
大自然鍛造鉆石的方法也許還有幾十種，但無論采用哪種“工藝”，通常都發(fā)生在地球形成的早期——絕大多數(shù)鉆石的年齡超過10億年。美國(guó)華盛頓特區(qū)卡內(nèi)基科學(xué)研究所的地球化學(xué)家史蒂夫·希雷說，他們分析過的最古老鉆石來自約35億年前。
鉆石是地球變遷的幸存者，它們經(jīng)受住了幾乎一切考驗(yàn)，這也使它們成為地球深處的“歷史學(xué)家”。那些在鉆石形成時(shí)被“囚禁”在鉆石內(nèi)部的礦物質(zhì)和流體碎片（被稱為“包體”或“包裹體”），成為數(shù)十億年前原始地球化學(xué)記錄的保存者。加拿大哈利法克斯達(dá)爾豪斯大學(xué)的實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)家亞娜·費(fèi)多楚克說，“得益于鉆石的出現(xiàn)，我們才知道地幔中散布的水，至少與一個(gè)大洋相當(dāng)。”
火山噴發(fā)讓鉆石現(xiàn)身
鉆石得見天日的唯一途徑是“搭乘”火山噴發(fā)的“便車”。
直到1869年，人們才從河流的沉積物中發(fā)現(xiàn)了鉆石，同年鉆石又在南非多座農(nóng)場(chǎng)的火成巖（亦稱“巖漿巖”）中被發(fā)現(xiàn)。這些火成巖被命名為“金伯利巖”，它們是一種極端火山噴發(fā)活動(dòng)的產(chǎn)物。
迄今為止，全球發(fā)現(xiàn)了大約6000個(gè)金伯利巖層，分布于包括南極洲在內(nèi)的各大洲，但主要位于非洲南部，其中約3%含有相當(dāng)大塊的鉆石。所有這些巖層都起源于噴發(fā)。但與典型的火山噴發(fā)不同，金伯利巖噴發(fā)極為怪異。
首先，金伯利巖漿就與眾不同。大多數(shù)火山熔巖都是在地殼中沸騰冒泡，然后轉(zhuǎn)變成在地表噴發(fā)的成分復(fù)雜的熔巖。但金伯利巖漿則直接噴發(fā)含有來自地幔深處的流體和礦物質(zhì)，甚至還有大塊的半完整巖石。
“金伯利巖的噴發(fā)帶出了地幔更深處的物質(zhì)?！奔幽么蟀柌髮W(xué)地球化學(xué)家格雷厄姆·皮爾遜認(rèn)為，這意味著金伯利巖的噴發(fā)必須迅速。因?yàn)楫?dāng)巖漿從地幔升至地殼時(shí)，噴發(fā)物質(zhì)中的碳會(huì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳?xì)怏w，使巖漿變成“表面起沫的導(dǎo)彈”。
“巖漿攜帶著鉆石和整塊整塊的地幔巖石加速流動(dòng)?！比鹗刻K黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的金伯利巖研究員安德烈亞·朱利亞尼說，“這些物質(zhì)以超音速上升，就好像火箭發(fā)射，在達(dá)到上地殼的某處時(shí)，嘭！”
其實(shí)，并沒有人親眼目睹過金伯利巖的噴發(fā)，地質(zhì)學(xué)家只是拼湊細(xì)節(jié)，提出一些情況發(fā)生的可能性：也許熾熱的巖漿遇到冷水，引發(fā)了劇烈的蒸汽爆炸；也許是熔融物質(zhì)中包裹的氣體在噴發(fā)中劇烈膨脹——金伯利巖噴發(fā)總伴隨著一次接一次的連環(huán)爆炸。
如果噴射物沖破地表，在巖漿通道擴(kuò)張的同時(shí)，火山口也會(huì)擴(kuò)大——不僅有火成碎屑流，還會(huì)有巨大的噴發(fā)羽流。經(jīng)過數(shù)小時(shí)的爆炸，當(dāng)噴發(fā)結(jié)束時(shí)，除了一個(gè)豁開的火山口、一些凝固的巖漿碎片（稱為“巖脈”），還會(huì)留下一條延伸到地殼的管道。
經(jīng)過數(shù)百萬年后，金伯利巖現(xiàn)在殘存的結(jié)構(gòu)主要是深埋于地下、可長(zhǎng)達(dá)幾公里的垂直巖石管道，有的像香檳酒杯，有的像胡蘿卜——就是這些管道，曾經(jīng)將巖漿輸送到地表。
在火山學(xué)領(lǐng)域“考古”
金伯利巖漿噴發(fā)約始于20億年前，約1億年前達(dá)到頂峰，當(dāng)時(shí)地球被恐龍統(tǒng)治著。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，地球上已知最年輕金伯利巖的年齡為3000萬至4000萬年，但在更年輕的地質(zhì)記錄中，它們就消失了。
科學(xué)家們對(duì)此既著迷又困惑，因?yàn)槠平饣罨鹕絿姲l(fā)的行為和誘因本就已經(jīng)很難，而要了解沉寂已久的金伯利巖，相當(dāng)于在火山學(xué)領(lǐng)域做考古學(xué)研究，更是難上加難。
歷經(jīng)漫長(zhǎng)年代，金伯利巖形成的管道中早已充斥著各種雜亂無章的垃圾，對(duì)研究形成極大干擾。好在經(jīng)過幾十年充分研究，格農(nóng)和他的同事們對(duì)金伯利巖的噴發(fā)行為和潛在起源有了一定了解?！翱梢钥隙ǖ氖?，它們位于地幔深處，年代久遠(yuǎn)，并含有各種形式的碳?！?/p>
此外，研究人員還有一項(xiàng)驚人發(fā)現(xiàn)：金伯利巖噴發(fā)并不是在世界各地連續(xù)發(fā)生的，其頻率隨著時(shí)間推移而發(fā)生脈動(dòng)。皮爾遜說，金伯利巖噴發(fā)約在5億年出現(xiàn)過一次高峰，此后是3.7億年前、1億年前。而且，在這些峰值以外的時(shí)間，金伯利巖噴發(fā)活動(dòng)就很少見。
這些金伯利巖噴發(fā)的年代乍看起來很奇怪。但是，地質(zhì)學(xué)家們?cè)诨靵y中找到了秩序：金伯利巖的噴發(fā)與大陸的解體相吻合，包括超大陸（比如恐龍?jiān)鴹拥谋P古大陸）的解體。有專家認(rèn)為，也許是大陸碎裂時(shí)留下的豁口，為金伯利巖提供了穿越地球內(nèi)部的通道。
噴涌之謎在大陸核心
但地質(zhì)學(xué)家又提出了一個(gè)問題：幾乎所有的金伯利巖都是在古陸核中發(fā)現(xiàn)的，而非在大陸斷裂處。
古陸核，又名克拉通，是指大陸地殼上長(zhǎng)期穩(wěn)定的構(gòu)造單元。它們往往有幾十億年的歷史，即使超大陸斷裂，這些克拉通仍完好無損。這意味著金伯利巖漿選擇了大陸最厚、最堅(jiān)硬的部分去穿破，那是阻力最大的一條路徑，大多數(shù)噴發(fā)活動(dòng)往往會(huì)選擇避開。這似乎是無法解釋的。
直到去年，格農(nóng)和他的同事們才恍然大悟。在比較金伯利巖的出現(xiàn)與各種大陸分裂時(shí)間時(shí)，研究小組意識(shí)到，大多數(shù)金伯利巖噴發(fā)是發(fā)生在大陸張裂出現(xiàn)約2600萬年后。雖然有些噴發(fā)活動(dòng)發(fā)生在大陸的新裂痕附近，但大多數(shù)都出現(xiàn)在厚厚的大陸內(nèi)部。
格農(nóng)和他的團(tuán)隊(duì)用計(jì)算機(jī)來模擬板塊移動(dòng)對(duì)地幔的攪動(dòng)，由此得到了金伯利巖沖破古陸核的原因和路徑。“當(dāng)大陸板塊拉伸撕裂時(shí)，就開辟出了新的空間，地幔中所有熾熱物質(zhì)都涌上來填補(bǔ)這個(gè)空間。”格農(nóng)解釋，這種上涌會(huì)在地幔中地勢(shì)較低、延展性較強(qiáng)的部分造成流體漩渦風(fēng)暴，并由此將不穩(wěn)定接二連三地傳導(dǎo)進(jìn)大陸內(nèi)部，直到削弱堅(jiān)硬的古陸核。
這些漩渦風(fēng)暴侵蝕著大陸中由巖石組成的底部，帶走了一些被水浸透的巖石。而這些巖石底部恰好有大量富含碳的巖石。在這里，地幔的極端高壓環(huán)境使這些巖石產(chǎn)生了第一批富含碳的金伯利巖漿。
當(dāng)金伯利巖漿積累到足夠多時(shí)，它們就會(huì)穿過被“啃噬”松動(dòng)的大陸核心，形成一系列令人眼花繚亂的金伯利巖噴發(fā)——完成這一過程大約需要2600萬年。
新一輪鉆石噴發(fā)將至
為了解開謎團(tuán)，格農(nóng)等地質(zhì)學(xué)家花了大量時(shí)間探索鉆石礦。由于鉆石的財(cái)富屬性，金伯利巖礦經(jīng)常被鉆石勘探者炸得四分五裂。格農(nóng)所需要的證據(jù)“現(xiàn)在不是戴在某人手指上，就是被粉碎”。
格農(nóng)第一次親眼見到鉆石是在2007年博士畢業(yè)后。當(dāng)時(shí)，他正走在加拿大近北極地區(qū)一片冰湖下的礦井里，正在-50℃的極端低溫中瑟瑟發(fā)抖。他說，這種環(huán)境與非洲礦山的對(duì)比“極其奇特”。突然，他手電筒的光照到墻上，閃出晶瑩的光芒來——這是一顆10克拉的鉆石。
當(dāng)然，格農(nóng)沒有帶走這顆鉆石，他帶走的是開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。如今，他的研究成果不僅總結(jié)了歷史規(guī)律，也指向了未來。
2012年，科學(xué)家們?cè)谔股Ｄ醽喌囊粮窬S西山火山研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，這里熔巖的化學(xué)成分正是金伯利巖，其中一些火山巖的年代距今只有約1萬年。而此前已知最年輕的金伯利巖年齡約為3000萬年。這一發(fā)現(xiàn)奇跡般改寫了地球上最年輕金伯利巖的紀(jì)錄，因?yàn)槠湔Q生時(shí)間在地質(zhì)學(xué)上相當(dāng)于“昨天”。
這也讓研究人員感到困惑，因?yàn)楫?dāng)前世界在板塊構(gòu)造上相對(duì)平靜，并未處于超大陸毀滅時(shí)期。但這一發(fā)現(xiàn)卻與格農(nóng)團(tuán)隊(duì)描述的金伯利巖起源不謀而合——坦桑尼亞位于一片古陸核上，同時(shí)也受到東非大裂谷的影響。東非大裂谷是兩個(gè)分離的構(gòu)造板塊之間產(chǎn)生的大斷裂，始于2500萬年前。
這意味著，伊格維西山火山可能代表了一種前奏，標(biāo)志著該地區(qū)將迎來金伯利巖噴發(fā)活動(dòng)的新高峰。格農(nóng)對(duì)此感到分外欣喜，因?yàn)椤斑@似乎是一次難得的檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臋C(jī)會(huì)”。
也許有一天，行走在東非海岸上的人們會(huì)看到，遙遠(yuǎn)的內(nèi)陸噴發(fā)出一道火光，照亮了夜空。被困在地底深處數(shù)十億年的鉆石將散落在大地之上。科學(xué)家們將滿懷敬畏地注視著這一切，并等待從中發(fā)現(xiàn)地球的新秘密。
熱門跟貼