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撇开女孩和其他人不说，钻石可以是地质学家最好的朋友——尤其是当那位地质学家拥有一台质谱仪，并且正在寻找关于数十亿年前地球样貌的线索时。
这些珍贵的岩石偶尔会包含数十亿年前形成过程中捕获在内部的杂质。借助合适的工具，科学家可以挖掘这些痕迹，获取日期细节和化学成分，从而罕见地了解早期地球的情况。在一项新的分析中，一对研究人员正在从小小的颗粒——硫化物和硅酸盐——中提出现代板块构造循环开始的日期：30亿年前。
这些钻石在古代地幔深处强烈的压力下形成，偶尔会通过火山喷发喷到地表。这些有瑕疵的钻石内部携带的货物从大约30亿年前开始看起来有所不同，其中包含一种岩石——榴辉岩的痕迹，这种岩石在玄武岩的浅层熔融中更为常见。研究人员在7月22日发表在《科学》杂志一篇论文中指出，这种情况很可能发生在厚厚的、移动的大陆（如我们今天所拥有的那些大陆）出现期间。
华盛顿卡内基科学研究所地球磁学部和这项新研究的合著者史蒂文·希雷说，通过从这些稀有矿物中收集到的微小岩石碎片，“我们看到了板块俯冲主要时期的开始，这从根本上说是不同的。”
钻石是为了……数十亿年
在地球动态的历史中，精确的日期可能很难获得——尤其是当它们可能追溯到数十亿年前时。
希雷说，为了收集粗略的日期，“我们一直都有来自地表的岩石记录”。但大陆和海底正处于通过风化作用和板块构造不断循环的状态，几乎没有地块能免受时间力量的影响。
然而，确实存在一些极其古老的大陆地块。这些地块被称为克拉通，具有深入地幔的根，可以到达地表以下约200公里处。它们包含钻石，这些钻石是在数十亿年前由地下高压形成的，但在那里相对较低的温度下得到了保护。
在地球存在的最初一半时间里，地球表面更像是一个流体场所，地壳碎片从上升的热地幔中在各处形成。但在某个时候，随着地球冷却，更大的地块开始形成，我们今天所知的超大陆和板块构造循环开始了。
希雷说：“关键问题之一是：我们能将当前对塑造地球表面的过程的认识延伸到多远？”
南加州大学地球科学教授约翰·普拉特没有参与这项新研究，他说，从外部来看，有人提议使用稀有钻石中捕获的微小化合物碎片“来得出关于整个地球在30亿年前如何运转的结论，这听起来有点厚颜无耻”。“但你没有太多其他可以做的事情，”钻石非常坚硬，这使得它们成为尝试这种看似荒谬的年代测定尝试的“非常可靠”的样本。
解剖钻石
基于钻石的研究可能是一项艰巨的任务。“金钱在这里很重要，”希雷说。他和他的合著者，开普敦大学地质科学系的斯蒂芬·理查森，他们多年来一直在研究钻石内含物，他们必须购买钻石——通常在1/2到1克拉之间——或者指望钻石经销商捐赠它们，“所以我们对我们得到的东西没有完全的控制权，”希雷指出。
虽然在市场上可能很难找到完美无瑕的钻石，但对于地质分析有用的那种内含物，可能更加罕见。例如，为了收集10颗值得研究的钻石，“我们花了戴比尔斯公司整整三年的时间才把这些钻石留出来，”希雷说。对于这篇新论文，他和理查森回顾了过去25年来发表的关于约100个硫化物内含物和4000多个硅酸盐内含物的分析。
一些内含物可以用肉眼看到，例如史密森尼学会80克拉奥本海默黄色钻石正中心的一个内含物。但是，注定要进入希雷和理查森实验室的钻石并没有毫发无损地出现。在使用扫描电子显微镜验证内含物后，研究人员必须用激光切入钻石，并提取微小的颗粒，以便通过质谱仪进行分析。该团队比较了铼-锇和钐-钕放射性定年法对样品的结果，以得出矿物何时被锁定在钻石内部的估计值。这有助于科学家弄清楚岩石成分和地质变化何时开始发生。
科学分歧
新数据与许多研究人员根据其他岩石和化学证据对地球中期历史的动态变化的看法非常吻合：大约在30亿年前发生了一次重大转变。作为跳板，像希雷和理查森这样的科学家正在根据我们对今天地球如何运作的了解，在过去寻找线索。
但是，普拉特说，“30亿年前，我们的地球可能从根本上是不同的，我们根本没有足够的数据或想象力”来构想它。他指出，“即使它们与我们今天的过程不符，你仍然可能拥有在一个活跃星球上发生的过程。”他认为，大约30亿年前出现在钻石中的榴辉岩痕迹并不一定意味着更现代的超大陆循环（也称为威尔逊循环）必须在那个时候开始。他指出，已知榴辉岩在地下约80公里处结晶，不一定需要威尔逊循环中涉及的更深俯冲。
加州理工学院地质和行星科学学部荣誉退休教授唐·安德森同意，仅凭发现榴辉岩可能不足以表明完全成熟的大陆板块的出现。“真正的板块构造可能开始得更晚，”他说。
尽管如此，普拉特说，希雷和理查森的方法看起来是合理的：“这仍然是非常有趣的数据，它显然确实意味着一些东西。”即使普拉特不准备完全接受新论文中提出的前提，但目前，他说，“我无法提出更好的一个。”
深层答案
希雷现在正将注意力转向寻找来自地球其他地区的钻石，以了解它们的内含物与他和理查森已经发现的内含物有何比较。津巴布韦克拉通是一个古老的构造，引起了人们的兴趣，因为“它看起来与”其他克拉通（如澳大利亚（皮尔巴拉）或南非（卡普瓦尔））“以不同的方式形成”。
另一个前沿领域是地球深处本身。尽管如此，希雷说，“很难深入地幔”，在那里可能潜藏着关于早期地质动力学的线索。“我们认为钻石一直在地幔中形成。它们只是从未上升到地表，因为正在发生反应，它们被重新吸收了。”
希雷说，所谓的深地幔地球动力学是“一个全新的研究领域”。在大陆下方潜伏着岩石圈，它位于地表以下约220至225公里处，通过过渡带（深400-700公里）与地幔隔开。即使是地幔的上部也位于地表以下约700至1000公里处——地球的这一部分通常是固态的，但具有导电性。来自该深度的任何完整岩石对于地质学家来说都将是一座名副其实的金矿。“如果我们能获得矿物——就像我们可以获得钻石一样——这些矿物还没有发生反应，那就更好了，”希雷说。“它们晶格中携带的任何东西都将是冻结的信息。”这些信息可能有助于增进对地球最早大陆的科学理解——以及，正如普拉特指出的那样，对系外行星的地质学理解。