研究中使用的有27亿年历史的钻石。Michael Broadley课题组供图

地球的岩层图，显示了钻石在上地幔形成的位置。Michael Broadley课题组供图

古老钻石能告诉你27亿年前地球的秘密。

近日，一项新研究发现，地球大气的基本化学成分是在至少27亿年前形成的，使得这里成为适合生命多样性暴发的环境。

在戈尔德施密特地球化学大会上介绍这项工作时，首席研究员Michael Broadly表示，在古代岩石中发现的钻石，其中挥发性气体的比例与在今天地幔中的比例相似，这暗示在过去的几十亿年里，大气中挥发性气体的比例没有发生根本性变化。

这也说明足够数量支撑生命的元素，在地球形成后不久就出现了，并且从那时起一直相当稳定。

挥发性物质（如氢、氮、氖和含碳物）是光化学元素和化合物，它们很容易因热或压力变化而气化。它们也是生命所必需的元素，尤其是碳和氮。

不是所有的行星都富含挥发性物质，但地球和金星一样，是挥发性物质丰富的星球，但火星和月球将大部分挥发性物质丢进了太空。

一般来说，富含挥发性物质的行星更有可能维持生命，这就是为什么人们在遥远恒星周围的行星（系外行星）上寻找生命的工作主要集中在寻找挥发性物质。

在地球上，挥发性物质大多是从地球内部冒出来的，并通过火山爆发等事情被带到地表。知道挥发性物质何时到达地球大气层是了解地球上何时适合生命起源和发展的关键，但人们一直没有找到答案。

现在，法国和加拿大的研究人员利用古老钻石作为“时间胶囊”，研究遥远过去地幔深处的情况。对这些钻石中所含气体的研究表明，地幔中的挥发性成分在过去27亿年里几乎没有变化。

法国洛林大学的Broadley说：“研究地球现代地幔的组成相对简单。地幔层平均开始于地表以下约30公里处，因此我们可以收集火山喷发样本，研究被困在其中的流体和气体。然而，板块构造的不断搅动意味着年代较早的样品大部分已经被破坏了。而钻石相对来说是坚不可摧的，它们是理想的‘时间胶囊’。”

该团队研究了加拿大苏必利尔湖瓦瓦地区27亿年前保存完好的岩石中的钻石。这意味着这些钻石至少和它们所在的岩石一样古老——可能更古老。实际上，通常要确定钻石的年代是很困难的。

这些钻石极其稀有，也并不美丽。研究人员将它们加热到2000摄氏度以上，将其转化为石墨，然后释放出少量气体用于测量。

研究小组测量了氦、氖和氩的同位素，发现它们的比例与今天在上地幔中发现的相似。

由于钻石可能更古老，因此这意味着27亿年前，地球能就为生命发展提供合适的条件。

未参与该研究的加拿大阿尔伯塔大学Suzette Timmerman 说：“钻石是独特的样本，因为它们在形成过程中锁定了成分。这些27亿年前的钻石为了解新太古代时期的挥发性物质提供了重要线索。这项工作是了解地球历史前半部分的地幔和大气的重要一步。”

戈尔德施密特地球化学大会是为了纪念地球化学奠基人之一V. M. Goldschmidt而举行的全球最高级别地球化学国际会议之一，在国际地学界具有重要影响。该大会由美国地球化学学会和欧洲地球化学学会共同召集的每年一次的地球化学年会，宗旨是邀请全世界地球科学家集聚一堂，共同研讨地球化学相关领域，特别是为青年科学家提供展示工作和沟通交流研究兴趣的广泛平台。

相关论文信息：https://2021.goldschmidt.info/goldschmidt/2021/meetingapp.cgi