钻石不再稀有了吗？

钻石正在变得越来越便宜。过去几年，天然钻石市场经历了一轮持续下行。与此同时，实验室培育钻石迅速进入珠宝市场。过去需要依靠矿山开采才能获得的晶莹宝石，如今已经可以在工厂里批量生产。

培育钻石 来源：BrittanyRL

培育钻石并不像玻璃、立方氧化锆或者莫桑石那样，仅仅模仿钻石外观的材料。从化学组成和晶体结构来看，它同样是金刚石：主体由碳组成，碳原子排列成相同的晶体结构，也具有与天然钻石基本相同的硬度、折射率和导热性能。普通消费者仅凭肉眼，通常无法可靠判断一颗钻石究竟来自地球深处还是实验室。

钻石市场由此遭遇了巨大冲击。过去支撑其高昂价格的一个重要故事，就是“稀有”。可如果人类已经掌握了制造钻石的方法，而且生产规模还可以不断扩大，那么钻石还算稀有吗？

从地球科学的角度看，情况没有这么简单。

地球科学视角下的钻石

人类能够直接采集和研究的岩石样品，绝大多数来自地壳。即使是迄今最深的人造钻孔，也不过深入地球十余公里。相比之下，天然钻石的形成地点要深得多。

绝大多数天然钻石形成于古老大陆下方大约120—200公里深的岩石圈地幔。那里压力足够高，又处于相对低温、稳定的大陆岩石圈根部，为钻石的形成和长期保存提供了特殊环境。还有极少量所谓的“超深源钻石”，形成深度超过250公里，其中一些来自地下410—660公里的地幔过渡带，甚至来自660公里以下的下地幔。

120公里是什么概念？人类迄今最深的钻孔——科拉超深钻孔，最终深度约12.3公里。我们可以把探测器送到火星，可以让潜水器抵达万米海沟，却还没有能力直接钻进自己脚下上百公里的地幔。天然钻石恰好是少数能够把那里物质带到地表的“信使”。

钻石是怎么形成的？

我们经常听到一种说法：钻石是煤炭在高温高压下压出来的。这个故事很有传播力，却不是绝大多数天然钻石真正的形成方式。地球深处存在碳，并不意味着那里一定会形成钻石。煤主要形成于地表附近的沉积盆地，而天然钻石的主要形成区域远在煤层之下，那里根本不存在一块煤慢慢被压成戒指上的钻石。

钻石的碳来源示意图

天然钻石的形成远不只是高温加高压这么简单。现代研究认为，许多天然钻石是在富含碳、氢和氧等挥发分的地幔流体或熔体参与下形成的。这些含碳流体在地幔中迁移，与橄榄岩、榴辉岩等岩石发生反应。当温度、压力、流体组成、氧化还原状态等条件发生变化时，其中的碳便可能从流体或熔体中析出，进入稳定的金刚石晶格。

当然，这也并不意味着地表来源的碳永远不可能成为钻石。海洋板块向地幔俯冲时，会把碳酸盐、海底沉积物和有机质一起带入地下。其中一部分碳会随着火山活动重新返回地表，但还有一部分可以继续向深处迁移，甚至进入地幔过渡带和下地幔。在那里，它们经历漫长的岩石反应和流体迁移之后，也可能参与超深源钻石的形成。

钻石形成之后，更漫长的故事才刚刚开始

世界上的重要天然钻石矿并不是随机分布的。南部非洲、加拿大、俄罗斯、西澳大利亚等著名产区，大多和古老大陆内部稳定的克拉通有关。所谓克拉通，可以把它理解成大陆最古老、最结实的一部分“骨架”。这些区域下面通常存在厚而相对冷的岩石圈根，可以延伸到一两百公里深。正是在这样的环境中，钻石才有机会长期保存。

天然钻石真正令人惊讶的地方之一在于，很多钻石比后来把它们运到地表的火山岩古老得多。通过分析钻石以及其中矿物包裹体的同位素组成，地质学家发现，一些天然钻石的形成年龄可以追溯到十几亿甚至三十多亿年前。恐龙大约在2.3亿年前才开始出现，而一些钻石在那之前二十多亿年就已经形成。

但即使地下已经存在钻石，我们仍然不一定能够看到它。因为“形成钻石”和“形成钻石矿”完全是两回事。

钻石还需要从上百公里深的地幔来到地表。最终把绝大多数具有经济价值的原生钻石带到近地表的，是一种非常特殊的深源岩浆——金伯利岩浆。少数钻石矿床则由钾镁煌斑岩等其他深源岩浆承载。金伯利岩浆富含水和二氧化碳等挥发分，可以从地幔深处快速向上运动。在上升过程中，它会撕裂周围的地幔岩石，把岩石碎块和其中的钻石一起卷入岩浆，最终穿过厚厚的大陆岩石圈。在向上运动过程中，它会把沿途的地幔岩石碎块和钻石一并卷入，最终以极为猛烈的方式抵达浅部。此后，金伯利岩经过漫长侵蚀，钻石又可能被河流搬运，在砂砾层里重新富集，直到几千万甚至几亿年以后被人类发现。地质学家因此把金伯利岩称为地球的“钻石运输系统”。

钻石的形成过程图示

这可能是钻石一生中最富戏剧性的一段旅程。

不完美反而更珍贵

对珠宝商来说，一颗钻石越纯净越好；对地球科学家来说，有些“不那么完美”的钻石反而更加珍贵。

因为钻石生长时，有时会把周围极小的矿物、流体甚至其他物质包裹进去。这些东西在珠宝鉴定中叫包裹体，可能影响钻石的净度等级；但在科学家眼里，它们就像被锁进密封瓶里的地球深部样品。

天然钻石中的矿物包裹体。钻石内部的绿色单斜辉石和橙色石榴子石记录了其形成时的地幔岩石环境。 图片来源：GIA，Nathan Renfro。

钻石具有致密而稳定的晶体结构，同时具有很高的机械强度和化学稳定性。包裹体一旦被封入其中，就能够在很大程度上与后来进入的流体和矿物隔离。在钻石从地幔上升、外界压力不断下降的过程中，坚固的宿主晶体还会限制内部包裹体自由膨胀。

因此，一些只有几十微米大小的包裹体，不仅能够保存深部地幔的化学和同位素信息，甚至还会保留一定的残余压力。科学家于是可以分析这些微小包裹体的矿物组成、元素比例、同位素和残余应力，反推出一颗钻石曾经处于怎样的温度和压力环境。

培育钻石是不是“假钻”？

到了这里，再来看实验室培育钻石，两者之间真正的区别就清楚了。

今天生产培育钻石主要有两条技术路线。一种是高温高压法，也就是HPHT，通过人为创造高压高温条件促进钻石晶体生长；另一种是化学气相沉积法，也就是CVD，让含碳气体中的碳在钻石晶种表面不断沉积，逐层形成晶体。

所以，把培育钻石称为“假钻”并不准确。从化学组成和晶体结构来看，它同样是金刚石。真正不同的，是天然钻石与培育钻石背后的形成过程。

而这也重新定义了今天所谓的“稀有”。人类已经掌握了制造金刚石晶体的方法，而且随着设备、工艺和产能不断进步，培育钻石的生产规模还可以继续扩大。过去需要从天然矿床中寻找的晶体，如今已经可以在工厂里稳定生长。

“钻石恒久远”原本只是一句广告词，但从地球科学来看，它却意外地接近事实。实验室可以在远短于地质过程的时间里长出一颗漂亮的钻石，却不可能复制出十几亿甚至几十亿年的地质历史。

参考文献 ↕ 上下滑动查看

[1] SHIREY S B, CARTIGNY P, FROST D J, et al. Diamonds and the geology of mantle carbon[J]. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 2013, 75(1): 355-421.

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[3] ALVARO M, ANGEL R J, NESTOLA F. Inclusions in diamonds probe Earth’s chemistry through deep time[J].Communications Chemistry, 2022, 5: 10. DOI:10.1038/s42004-022-00627-1.

来源：石头科普工作室

编辑：关鸽

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