科普——陨石钻石(朗斯代尔石)是怎样形成的

发布一下 2023年01月14日 13:42 0 0

最近，澳大利亚和瑞士科学家在陨石中发现了六方晶体金刚石，也叫陨石钻石，由于最先是英国地质家朗斯代尔发现，所以命名为朗斯代尔石。但是地质学家朗斯代尔发现的也只有微米大小，只有在显微镜下看到。现在真正得到公认的陨石钻石(朗斯代尔石)有两到三颗，一颗在美国华盛顿博物馆里，只有一毫米大小，另外一颗是中国赤峰王占奎所得，黄色不透明的圆形，175*180厘米，43.03克，晚上发光，所以叫做陨石钻石夜明珠。还有就是山西应县佛牙多克毫米大小舍利子，有学者研究和各种分析结果是六方晶体金刚石(朗斯代尔石)。

美国华盛顿博物馆的朗斯代尔石(1毫米大小)

王占奎和他的陨石钻石夜明珠(175*180cm,43.03克)

山西应县佛牙舍利子(1毫米左右及更小)

朗斯代尔石由于译音的缘故，通常叫兰斯代尔石，朗斯戴尔石，浪德石等。科学家们研究多年，从地质学家朗斯代尔女士（Lonsdale ,Willian 1794.9.9-1871.11.11）到现在的200多年中，对此石有不间断的研究，由于标本的奇缺研究进展缓慢，2022年9月来自莫纳什大学、皇家墨尔本理工大学、联邦科学与工业研究组织(CSIRO)、澳大利亚同步加速器和普利茅斯大学的科学家一起--发现了朗斯代尔石如何在乌来石陨石中形成的证据。最大的也只有在显微镜下看到的微米大小。发现朗斯代尔石大多是在陨石或者陨石撞击坑中，说明朗斯代尔石是在高温高压下形成。

澳大利亚科学家乌里石陨石研究

其实，根据对一颗碳含量比较高的陨石里找到了朗斯戴尔石形成的两个证据，高温高压下撞击和高温高压超临界的化学气相沉积。

首先，这颗高碳质来自来自形成太阳原始星盘的雪线内测，这地方的温度接近零度，多水和比较轻的碳物质和少量的重粒子尘埃，在形成太阳初期和形成较大行星的同时，这些尘埃也以太阳为中心绕太阳旋转，因为这地方的水汽和较轻的碳物质及重粒子尘埃离太阳非常的遥远，密度又非常的小，这些以碳为主要的尘埃在旋转中扫清黏合一圈轨道上的物质也只是形成很小的星子胚胎，这些星子胚胎在这个区域很多，都是富水的，胚胎的水汽占比50%左右，所以这些胚胎在经过从微米到毫米或者更大的多次黏合，成长成多水的松软的较小个体，这里是没有重力的真空下，所以形成的星子形状基本是圆形的。里面的较重物质聚集也只是很小的微米大小或者微米厚的片状。

高碳质陨石(碳含量85——92%)

这些高碳质不大的原始星子是没有经过大的碰撞，在这地方也不存在熔融和热变质还原，但是水蚀强氧化特别严重。

含水高碳陨石高温压缩后失水骨架X射线图

含水高碳陨石高温压缩失水骨架X射线

当这些星子因地球各种原因偏离轨道，太空遨游让地球捕获，进入地球大气层和其他陨石一样，要经过高速高温高压燃烧过程，但是高碳质陨石又区别与其他陨石，碳基为主要材质的陨石水占比高，进入大气层的高压首先压缩松软的陨石本身，同时高温把水变成蒸气，除靠近表面水蒸气部分溢出外，大部分的水蒸气在外部压力非常大时被压进陨石内部，随着温度的升高，能耐3850°±50°的石墨，随着温度的升高变得非常的坚硬，坩埚原理形成，石墨之外的微小物质团块融化也变为蒸气，压进陨石内部的蒸气和物质使内部变成蒸气腔室，在几千度的高温和非常大的压力下，内部腔室成了超临界流体状态，腔室内壁的碳部分也参加进来变成碳蒸气，超临界流体由于液体与气体分界消失，即使提高压力也不液化的非凝聚性气体。超临界流体的物性是兼具液体性质与气体性质。它基本上仍是一种气态，但又不同于一般气体，是一种稠密的气态。但腔室此时的压力非常的大并向外挤压，在内压和外压作用下，靠近内部的石墨密度变大。当陨石落地冷却淬火，内部临界状态的以碳主要物质沉积就变成了朗斯代尔石，这就是科学家说的超临界的化学气相沉积淬火过程。

陨石内部超临界化学气相沉浸形成的朗斯戴尔石的(CT照片)

王占奎的陨石钻石夜明珠也是这样形成，他的陨石钻石只不过是石墨陨石的内核部分，因为石墨为主的陨石在进入大气层后高温高压高速，石墨从松软状态压缩成了超高温超硬小球体，水和其他物质的气体，压进球体内部超临界化学气相后掉到地球表面冷却，小球体冷却到常温下就又恢复到石墨较柔软状态，但超临界的化学气相沉积淬火出的陨石金刚石是密度又大又坚硬。在自然状态下时间久了，又经过雨水洗礼后，石墨就会水蚀风化只剩下内部的陨石钻石(朗斯代尔石了），被人发现流传下来。但作者这颗发现的及时，没被水蚀风化，基本保留原有状态。

其他陨石和陨石坑中的也是朗斯代尔石也是这样形成的。包括美国华盛顿博物馆的和发现其他陨石中的朗斯代尔石。

在高碳陨石高温下撞向地球，如果在地面遇到硬物，十多吨的压力压向在一平方厘米的陨石落地的点位上，陨石的体表温度一到两厘米以下还保持在几千度，体表由于进入对流层的降速降温已经恢复柔软的石墨态也会留下融流纹，强大的撞击力使撞击点处的石墨挤压变成朗斯代尔石，体表超软的石墨起到缓冲作用而会掉块儿。这就是朗斯代尔石在陨石中的撞击说。

高碳质陨石撞击点形成朗斯戴尔石CT照

陨石的撞击点和融流线

科学家们所提出的朗斯代尔超临界的化学气相沉积淬火形成学说和陨石撞击形成学说在这个高碳陨石标本中同时存在。都得到了直观的印证。

撞击点的号密度为朗斯代尔石，内部是大的朗斯代尔石(X射线照)

王占奎的陨石钻石又增加了夜明珠的头衔，是因为有会发光现象，这也说明他的陨石钻石夜明珠是超临界的化学气相沉积淬火形成的，这样形成的朗斯代尔石都是纳米六方晶格的集合体，吸收光源后光子往钻石内部传导，纳米大小的钻石又是六方晶格相互叠加团块，光在每个纳米晶体中来回反复折射，等于光子不停的来回折返，所以短时间的光源照射，它会长时间的放光，纳米极六方钻石对于175*180cm的纳米聚集的钻石小球来说，光子不停的折返出来旅程实在是太遥远了。

坠落点垂直向下，x射线拍出的内部纳米晶体聚集图

不同面的放置x射线拍的的晶格不同效果图，清楚的看出六方晶体形状

较大的陨石钻石六方钻石(朗斯代尔石)也只能是在高碳陨石内部形成，但也形成不了两到三厘米以上的个体，因为它是在高碳石墨体内部超临界化学气相沉积形成，它的母体个头不能太大，并且是较高的石墨含量，至少要在80%以上，如果含量杂质太多，高温下会出现裂纹，石墨体内在超高压下会使其爆炸解体。只有较纯的石墨才能耐高温而保持它的稳定状态，这是坩埚效应。石墨性质是温度越高越坚硬，质量损耗越小。还有，石墨母体如果个头太大，在进入大气层的10秒左右，虽然石墨的热传导非常的好，但热传导还没有传导到陨石内部，还没完成超临界化学气相沉积就到地面，只能摔碎成一堆黑土罢了。如果遇到潮气，它什么都不是。CI碳质陨石就是因为多含了点儿碳和水变得难以寻获。在其他陨石里面发现的朗斯代尔石，由于母体含碳少，在撞击中偶发出现纳米级的个体朗斯代尔石。

在超临界化学气相沉积形成朗斯代尔石过程中，副产品也同时发生，产生了紊碳，碳炔，碳纳米管，碳化硅，金刚石和其他。