大多数钻石是由碳在地球表面和地壳之间反复循环产生的。但是，科学家在9月10日的《自然》杂志上报道，那些起源最深的钻石——比如著名的“希望钻石”——是由另一种来源的碳构成的:一种新发现的、隐藏在地球下地幔中的远古储层。

这些超深钻石内部的化学线索表明，地球碳循环的深度有一个之前未知的极限。研究人员说，了解碳循环的这一部分——碳是如何以及在何处进入和离开地球内部的——可以帮助科学家了解地球气候在千百年来的变化。

钻石是在不同的深度形成的，然后才到达被挖掘的地表。位于埃德蒙顿的阿尔伯塔大学的地球化学家Margo Regier说:“人们所熟悉的大部分钻石都来自地球上250公里的深处。”“超深”钻石来自至少250公里的地下，“它们真的非常罕见，”Regier说。但最罕见的是在700千米深处的下地幔中形成的钻石。

“通常这些都是你能找到的最大的，比如希望之钻，沐鸣平台登陆线路”雷吉尔说。这些最深的、被高度珍视的钻石在科学上也是无价的，它们提供了一扇了解下地幔的稀有窗口。例如，保存在一些钻石中的微小瑕疵包含着地质宝藏:已知的地球内部最深形式的水，甚至是一些地球上保存最古老的物质(SN: 3/8/18;SN: 8/15/19)。

这些最深处的钻石中碳的来源一直是个谜，但科学家们想知道它是否来自地球构造板块的俯冲。当一个板块滑到另一个板块之下并沉入地幔时，它将碳从表面转移到内部，这是碳循环的关键部分。其中一些碳最终会通过火山喷发或以钻石的形式返回地表，而另一些则被封存在地壳深部或上地幔中。俯冲产生的碳封存可能在创造空间让氧气在地球大气中积聚方面发挥了关键作用，为大约23亿年前的大氧化事件铺平了道路(SN: 2/6/17)。

钻石和它们的内含物——钻石形成时嵌入晶体结构中的微小岩石碎片——为它们形成的环境提供了闪闪发光的线索。所以Regier和他的同事们研究了在地壳、上地幔和下地幔中形成的钻石，寻找地壳俯冲的化学痕迹。为了做到这一点，研究小组分析了钻石中碳和氮的同位素——一种元素的不同形式，以及包裹体中的氧的同位素。

这些元素形式的相对数量表明了钻石结晶的岩浆的化学组成。例如，在地壳和上地幔中形成的钻石含有富含氧-18的包裹体，沐鸣平台登陆线路这表明这些宝石是由俯冲洋壳形成的岩浆结晶而成。

“所有的同位素都以不同的方式讲述着同样的故事，”Regier说。“碳、氮和氧，他们都说俯冲板块能够将碳和类似的元素输送到地幔中相似的深度。但在大约500到600公里深的地方，大部分的碳都通过岩浆流失了，”岩浆又回到了地表，她说。“在那之后，厚板中的碳会相对减少。”

660公里以下的钻石的化学组成与较浅的钻石明显不同。Regier说，沐鸣平台登陆线路这些碳“以不同的方式形成，来自已经储存在地幔中的碳”。“最深处的样本一定是由从未从地球上逃逸出来的原始碳组成的。”

这一发现还表明，地表碳在地球内部的埋藏深度是有限的。Regier说，这一现象的一个含义是，它提出了一个问题，即俯冲是否能够将碳深埋并持续足够长的时间，从而成为大氧化事件背后的驱动力。

但是，布莱克斯堡弗吉尼亚理工大学的岩石学家梅根·邓肯说，俯冲板块不需要把碳一直带到下地幔来隔离碳，也不需要对地球气候产生深远的影响。邓肯说:“碳不需要降到那么低。”“只要把它从表面移除，就会产生氧气上升的效果。”

Regier承认，远古地球上的俯冲和氧气上升之间的联系仍然是一个悬而未决的问题。她补充说:“地球是复杂的……我们拥有的样本告诉我们地球深处的碳循环，这一事实令人兴奋。”“它表明，关于我们的星球，我们还有很多不了解的地方。”