雖然地質學研究的大多數問題離大家的生活比較遠，但是有一個東西大家肯定不陌生——鉆石。這次聯系科學人是因為最近一篇關于鉆石形成機理的文章。我很高興地看到最近國內有媒體報道了這件事情，但有些媒體似乎報道得根本就不對……所以我們請教了翰霍普金斯大學的地球和行星科學系讀地球化學博士迪米特里·斯維爾杰斯基（Dimitri Sverjensky）。 　　我們發現的是，在地幔中液體和地幔硅酸鹽巖石的作用時，在某些條件下，pH會降低，同時能隨之析出鉆石。而這個過程只帶來了流體的pH的改變，并沒有伴隨著氧化還原反應。這客觀上降低了鉆石形成的難度，因此地幔里鉆石的含量也可能比之前想象的要多——然而就是這最后一句話，讓有的媒體起了一個類似《地球深部全是鉆石》這種姿態的標題……這完！全！不！對！（關于那個“鉆石白菜價”的說明，請看《鉆石可能更容易形成，但這不會動搖鉆石市場》）

　　因此我找上了科學人，讓他們正確解讀一下，我們最近的這項研究到底是在干啥。 　　事情是這樣的:科學界之前普遍認為，鉆石只有通過氧化還原反應才能形成。這是因為在地幔的那種高溫高壓的環境下，碳只能以二氧化碳或者甲烷的形式存在，而構成鉆石的碳（0）與二氧化碳（+4）或者甲烷（-4）里的碳價態并不相同。這樣一來，這些物質勢必要經過氧化還原反應才能形成鉆石。

　　針對這個問題，去年的時候我們曾經在一篇文章里證明了，其實在地幔的流體里，碳可以以別的形式存在——比如甲酸、乙酸或者丙酸。

　　好了說回研究。我們當時就意識到，乙酸的碳價態和鉆石的碳是一樣的，而甲酸加丙酸的混合物也能生成零價碳。我和老板在討論那個結果時，自然而然地產生了這個問題：鉆石生成的條件，一定需要氧化還原反應嗎？所以當時我們提出了這樣的假設：這些甲乙丙酸里的碳會不會也能形成鉆石？我們就把這個假設寫在了那篇論文里。

　　現在我們證明了，那個假設極有可能是對的。

　　這個事請說起來并不難： 　　1份甲酸根、1份氫離子和1份氫氣生成1份鉆石和2份水；
　　1份丙酸根、1份氫離子生成3份鉆石、一份氫氣和2份水。
　　你把兩個式子加起來，就得到：
　　1份甲酸根、1份丙酸根、2份氫離子可以生成4份鉆石和4份水。

　　也就是說，鉆石的形成可能不需要外部的氧化或者還原劑的參與。它的重要性在于，單獨的甲烷或者二氧化碳在自然條件下很難生成鉆石，必須需要外部的氧化或者還原劑。但是我們的模型顯示，含碳物質自身就能生成鉆石，這大大降低了鉆石形成的難度，不需要那么苛刻的條件。

　　這個結果幾乎顛覆了之前對于鉆石形成機制的認識，在我們領域算是個小突破吧。 　　好了，那我們是怎么得到這個結果的呢？

　　我們先是建立了一個水巖交換的模型。上面提到，地幔里是可能存在甲乙丙酸的。于是我們設置了一份初始溶液，其中包含這些含碳有機物，比如乙酸。然后把溫度和壓強設定成和上地幔類似的條件。接下來我需要不斷地調試各種參數，讓模型跑出各種可能的結果——嗯，這個過程俗稱”搬磚”，如果你也在讀博士，你一定能理解……參數也不是瞎調的，我們模型中巖石的組成是從別人文獻里的數據里取的，加入了活度系數模型，為了讓我們的模型更接近自然樣品。我們發現，當水和巖石反應達到平衡的時候，還真能生成鉆石。

　　如果你多看上面的公式兩眼，你也許會發現，這個反應是需要氫離子的。這些氫離子來自高溫高壓下水的電離——那個條件下，因為水電離的平衡常數發生了改變，“中性水”的酸堿度在2-3之間。我們發現，地幔中液體和硅酸鹽巖石相互作用時，導致H+累積而造成pH降低。而隨著pH的降低，鉆石也隨之從液體中析出。
　　那怎么檢驗這個模型是否正確呢？我們把模型里的生成物和別人測量的自然樣品進行了對比，發現不同物質的含量在統計學上是一致的。這些自然樣品來自于鉆石在生成過程中包裹的一些的溶液和礦物。

　　參考文獻：
　　Sverjensky DA, Huang F (2015) Diamond Formation due to a pH drop during fluid-rock interactions. Nature Communications 6:8702
　　Sverjensky DA, Stagno V, Huang F (2014) Organic carbon species in subduction–zone fluids and implications for the deep carbon cycle. Nature Geoscience 7:909–913