最硬的是金剛石
金剛石是怎樣型成的?
一.金剛石的成因一.金剛石的成因
地球形成以來巳有46億年的歷史.地球歷史的地質(zhì)時代劃分為：太古宙(25億年以前),元古宙(25億年-5.7億年),顯生宙(5.7億年-現(xiàn)今).顯生宙又劃分為：古生代(5.7億年-2.5億年),中生代(2.5億年-0.65億年),新生代(0.65億年-現(xiàn)今).
下圖顯示了地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu),三個同心的層—地核、地幔和地殼,地核主要是鐵—鎳合金,巨大的地幔夾在地核和地殼之間,且聚集著大量的鎂鐵硅酸鹽物質(zhì),地殼是一個很薄的巖石圈外殼.地球的巖石圈厚度為60-150km.巖石圈的上部是地殼,大陸地殼的厚度為30-80km,由沉積巖、花崗巖、玄武巖和各種變質(zhì)巖組成.巖石圈的下部是上地幔,由橄欖巖組成.
各國金剛石地質(zhì)學(xué)家對金剛石的成因巳進(jìn)行了廣泛深入的研究.目前認(rèn)為金剛石是在大陸巖石圈的某些塊段特定的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境中才能形成.雖然含有金剛石的寄主巖石有多種,例如在一些橄欖巖體和榴輝巖體中含有金剛石,在西伯利亞的堿性-超基性雜巖、西澳的超基性和堿性煌斑巖、敘利亞的碧玄巖爆發(fā)巖筒、摩洛哥的石榴石輝石巖、哈薩克斯坦的片麻巖、中國西藏的方輝橄欖巖等巖石中都發(fā)現(xiàn)過金剛石,但具有經(jīng)濟(jì)價值的含金剛石的寄主母巖只有金伯利巖和鉀鎂煌斑巖.因此,金剛石的原生礦床也只有金伯利巖型和鉀鎂煌斑巖型兩種,且以金伯利巖型為主.大陸巖石圈上有一些剛性的地塊,在地質(zhì)構(gòu)造上具有雙層結(jié)構(gòu),即由基底巖系和蓋層巖系組成地殼.
基底巖系通常是太古宙或元古宙形成的極其古老的褶皺變質(zhì)巖系,蓋層是顯生宙各個地質(zhì)時代形成的相對年輕的產(chǎn)狀平緩的沉積巖系.這種地塊在大地構(gòu)造單元中稱為“地臺”.
具有經(jīng)濟(jì)價值的含金剛石的金伯利巖體都是在古老的穩(wěn)定的地臺上發(fā)現(xiàn)的,如南非地臺、安哥拉-開賽地臺、印度地臺、西伯利亞地臺、西澳大利亞地臺、北美地臺、南美地臺、中國的華北地臺等.這些古老地臺的基底巖系都是太古宙或早元古代(17億年以前)形成的.其中南非、安哥拉-開賽、西伯利亞和西澳大利亞4個地臺區(qū)是目前世界上最主要的金剛石產(chǎn)區(qū),共發(fā)現(xiàn)近1200個金伯利巖體,其中具有經(jīng)濟(jì)意義的含金剛石的金伯利巖筒約80個.
科學(xué)家們認(rèn)為,金剛石是在地質(zhì)構(gòu)造上處于長期穩(wěn)定狀態(tài)的地臺區(qū)巖石圈底部形成的.這種地區(qū)巖石圈加厚而且相對較冷,具備金剛石結(jié)晶所需要的特定的溫、壓條件(見下圖).同時巖石圈底部的上地幔深部的正常熱結(jié)構(gòu)必須有一個“小的擾亂”(即偏離正常地溫程度不大的溫度升高),才能使地幔橄欖巖層發(fā)生低程度的局部熔融產(chǎn)生金伯利巖巖漿.這種“小的擾亂”不會破壞較冷巖石圈的熱結(jié)構(gòu),不會將結(jié)晶出的金剛石相轉(zhuǎn)變成石墨,可使金剛石在金伯利巖漿中保存下來并被巖漿帶到地殼上部或近地表形成金伯利巖型金剛石礦床.
科學(xué)家們推測,金剛石形成可能有3種途徑：(1)太古宙的粗大鉆石是長期地質(zhì)作用的產(chǎn)物,(2)太古宙下沉的大洋地殼轉(zhuǎn)變成榴輝巖在伴隨的升溫中形成與硫化物礦物共生的粗粒金剛石,(3)金伯利巖巖漿噴發(fā)前在巖石圈底部上升的C、H、O 等流體的作用下形成微粒金剛石.多數(shù)具有經(jīng)濟(jì)價值的金剛石都是在上地幔形成的,所以這些金剛石是寄主金伯利巖巖漿上升過程中的捕虜晶.
簡而言之,金剛石是在高溫、高壓下,碳元素的分子結(jié)構(gòu)經(jīng)過一系列的反應(yīng)（例如在火山中,碳元素在地底經(jīng)過高壓,又有火山的高溫方可形成）,而形成了一種更穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu).它的硬度極高,形態(tài)結(jié)構(gòu)極穩(wěn)定.