用花生酱造钻石？！

夺标

了解钻石如何在地球深处形成，有利于解释生命的进化过程。所以，来自于德国的一个团队，正尝试用二氧化碳与花生酱制造出钻石来！
用花生酱造钻石？！
译者：怡小怡
发布：2015-04-03


丹弗罗斯特常常听到一声沉重的爆响，爆响过后，办公室的地板就震动起来。不言而喻，又一个实验爆炸了。弗罗斯特走进楼下的实验室，看到同事们一脸震惊的表情。就在他们刚刚工作的地方，好像有一枚小型炸弹爆炸过一样，学生们还处于极度惊恐之中。“听起来真可怕哈”，他带着歉意说到，“但是没什么危险，一切都在保护之中。”
稀奇古怪的爆炸是这份工作的一部分内容。弗罗斯特是德国拜依罗特大学高压实验中心的一名科学家，他正进行一项尝试，即模拟出位于地球表面几千米深处的下地幔中的地质条件。以人类所知的最强压力粉碎岩石；难怪有奇怪的事故发生。在工作之中，弗罗斯特发现可以用二氧化碳制造出钻石，这真令人吃惊。还有，花生酱也能制造出钻石。是的，就是花生酱。
相对于太空探索取得的巨大进步，我们对地下世界还知之尚浅。根据基础地质学，地球内部可粗略地分为几大层：地核、上地幔与下地幔、地壳。但是每一层具体是由什么组成的，至今还是个谜——这也是我们认识上的一大空白。

“想知道地球的形成过程，就要了解它的组成成分。”弗罗斯特解释到。许多地质学家认为，地球与小行星带上的陨石有着相同的组成成分。问题在于，大部分掉落到地球上的陨石，它们的硅元素含量比地壳中的硅元素含量要高。所以，这些硅元素去了哪里？有一个可能性就是它们融入了下地幔中。
为了解决这一问题，弗罗斯特尝试了两种压力。第一种是利用一个强大的活塞产生出比大气压高280,000倍的压力，来粉碎微小的晶体样本，与此同时，还放进一个大熔炉融化之。这样就创造出与下地幔上层中相同的地质条件，在这些地质条件下，晶体的原子重新排列，形成密度更高的结构体。下地幔上层大约位于地球表面之下800到900千米（500到562英里）深处。
另一种是用铁砧压碎重新形成的矿物质，以使它们与地球更深处发现的矿物质相同。晶体被慢慢磨碎，形成了两个稀世宝石。“这就像有了一双尖尖的细鞋跟”弗罗斯特说。结果得到了比大气压高130万倍的压力。样本还留在设备中，弗罗斯特随后又测量了晶体中的声波传播的方式。并把获得的数据与地球内部地震波传播的方式进行比较，这样就能证明样本的组成成分是否与地幔的组成成分相似。
碳汇
弗罗斯特的研究结果有点出乎意料：地幔中的硅元素含量比陨石中的要低。弗罗斯特说，这些硅元素很可能融进了位于更深处的地核中。还有一种可能就是，地球形成之初，地壳面积更加广泛，并且含有大量的硅元素，之后在陨石的作用下，硅元素就爆掉了。或者，我们可以重新思考一下地球诞生之时的组成成分。
巨大的压力还产生了尖晶橄榄石，这是一种深蓝色的镁铁硅酸盐，看起来似乎装满了水。这一结果表明，地幔深处可能有海洋存在。

与直觉相反，这个实验也许告诉我们，我们呼吸的空气就是弗罗斯特钻石的来源。他认为，在一系列地质活动的过程中，海洋里的二氧化碳先进入岩石中，再向下进入地幔，并在这里转化成钻石。弗罗斯特说，这些钻石的稳定性比其他形式的碳要高，它们很难再挥发到大气中。所以，缀满钻石的地幔缓解了地球变暖的进程，很可能促进了生命的进化。
弗罗斯特认为，铁是促使这些发生的重要元素。在地幔高压下，岩石中的二氧化碳进入富含铁元素的矿物中，铁矿物过滤掉氧气，只留下二氧化碳从而形成钻石。弗罗斯特利用压力再现这一过程所得到的结果与此相同，从本质上说，他用稀薄空气打造出了钻石。
弗罗斯特的研究成果很难带给他一笔巨大的财富；钻石的形成要经过十分漫长的时期，着实令人烦恼。“我们要花上几个星期的时间才能得到一颗两到三毫米长的钻石。”弗罗斯特说。然而，他还在继续实验其他材料，以便制造出钻石。弗罗斯特接受了德国一家电视台的访问，他说自己正在尝试用含碳丰富的花生酱制造钻石。“妨碍实验进程的大量氧气都被过滤掉了”，他说，“但是只有这样才能转换成钻石”。
表面相互作用
需要着重说明的是，弗罗斯特的实验在于研究是否可以利用不同的物质制造出钻石来；举个例子来说，在钻石中掺入硼可以制造出更好的半导体，这种半导体在使用过程中不会发热。半导体在使用过程中发热是目前电子工业中最大的浪费之一。

用其他结构的碳作为原材料——比如说，以微型“纳米管”的形式——也有可能制造出一种新型的超强钻石，这种钻石比其他已知的任何材料都要坚固。
然而，在很大程度上而言，弗罗斯特对于他的研究能否揭示出有关地球历史的更多奥秘以及是否有可能在地球之外发现生命很感兴趣。“我们对地球内部与其表面的相互作用很感兴趣；这在地球的进化过程中发挥着重要作用，”他说，“如果要寻找其他可居住的星球，我们就要考虑这其中的诸多过程。”在这重大的实验中，牺牲一点花生酱以及产生一些奇怪的爆炸，就在所难免啦。


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• 原文来源：bbc.com
• 原文标题：BBC - Future - How to make a diamond from scratch - with peanut butter
• 原文地址：http://www.bbc.com/future/story/20141106-the-man-who-makes-diamonds