古代钻石显示地球至少在27亿年前就已为生命多样性的爆发做好了准备

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这项工作中使用的 27 亿年前的钻石之一。来源：迈克尔布罗德利

一项对古代钻石的独特研究表明，至少在 27 亿年前就已经确定了地球大气的基本化学成分，这种化学成分使其适合生命的多样性爆炸。在古代岩石中发现的钻石中保存的挥发性气体的比例与今天地幔中的比例相似，这反过来表明在过去的几十亿年中，大气中的挥发物比例没有发生根本性变化。这表明，维持生命所必需的基本条件之一，即足够数量的赋予生命的元素的存在，在地球形成后不久就出现了，并且从那以后一直保持相当稳定。

在 Goldschmidt 地球化学会议上介绍这项工作时，首席研究员 Michael Broadly 博士说：“大气中挥发物的比例和组成反映了在地幔中发现的物质，我们没有证据表明这些钻石形成后发生了显着变化27亿年前。”

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挥发物，如氢、氮、氖和含碳物质是轻化学元素和化合物，它们很容易因热量或压力变化而蒸发。它们是生命所必需的，尤其是碳和氮。并非所有行星都富含挥发物；地球和金星一样富含挥发性物质，但火星和月球将大部分挥发性物质丢失到太空中。一般来说，富含挥发物的行星更有可能维持生命，这就是为什么在遥远恒星（系外行星）周围的行星上寻找生命的大部分工作都集中在寻找挥发物上。

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地球各层示意图，显示了钻石在上地幔中的形成位置。来源：迈克尔布罗德利

在地球上，挥发性物质大多从地球内部冒出，并通过火山喷发等方式被带到地表。了解挥发物何时到达地球大气层是了解地球上的条件何时适合生命起源和发展的关键，但直到现在还没有办法了解远古时期的这些条件。

现在，法国和加拿大的研究人员已将古代钻石用作时间胶囊，以检查遥远过去地幔深处的状况。对这些钻石中所含气体的研究表明，在过去的 27 亿年中，地幔的挥发性成分几乎没有变化。

首席研究员迈克尔布罗德利（法国洛林大学）说：“研究地球现代地幔的组成相对简单。平均而言，地幔层开始于地球表面以下约 30 公里处，因此我们可以收集火山喷出的样本并研究被困在其中的流体和气体。然而，地壳通过板块构造不断搅动意味着较旧的样本大部分已被破坏。然而，钻石相对坚不可摧，它们是理想的时间胶囊。”

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我们设法研究了困在加拿大苏必利尔湖 Wawa 的 27 亿年前保存完好的岩石中的钻石。这意味着钻石至少和它们所在的岩石一样古老——可能更古老。很难确定钻石的日期，所以这给了我们一个确定最小年龄的幸运机会。这些钻石非常稀有，不像我们想到钻石时所想到的美丽宝石。我们将它们加热到超过 2000 摄氏度，将它们转化为石墨，然后释放出微量的气体进行测量。”

该团队测量了氦、氖和氩的同位素，发现它们的存在比例与今天在上地幔中发现的比例相似。这意味着一般挥发物的比例可能几乎没有变化，并且在地球生命的大部分时间里，地幔和大气之间基本挥发性元素的分布很可能保持相当稳定。地幔是地壳和地核之间的部分，约占地球体积的84%。

Broadley 博士继续说道：“这是一个令人惊讶的结果。这意味着我们今天在我们周围看到的富含挥发性物质的环境不是最近才出现的，因此为生命的发展提供了合适的条件。我们的工作表明，这些条件至少存在于 27 亿年前，但我们使用的钻石可能更古老，因此这些条件很可能早于我们 27 亿年的门槛。”

Suzette Timmerman 博士（加拿大阿尔伯塔大学）评论说：

“钻石是独特的样品，因为它们在形成过程中锁定了成分。Wawa 纤维钻石是一个很好的研究选择——它们有超过 27 亿年的历史——它们为了解这一时期（新太古代时期）的挥发性成分提供了重要线索。有趣的是，上地幔在 27 亿年前就已经脱气了。这项工作是了解地球历史上半部分的地幔（和大气）的重要一步，并为进一步的问题和研究开辟了道路。”

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