ทำไมเราควรเลิกเพิกเฉยต่อเรื่องราวชีวิตของแร่ธาตุ
WASHINGTON, D.C. — หินทุกก้อนมีเรื่องราว การทำความเข้าใจว่าหินก่อตัวอย่างไรสามารถบอกนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสภาพแวดล้อมที่ล้อมรอบหินได้ตั้งแต่กำเนิด แต่เมื่อนักวิทยาศาสตร์จำแนกแร่ธาตุที่ประกอบเป็นหิน พวกเขาจะละทิ้งรายละเอียดว่าแร่ธาตุเหล่านั้นก่อตัวอย่างไร นักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งต้องการเปลี่ยนสิ่งนั้น เขาต้องการคืนแร่ธาตุให้กับชีวประวัติของพวกเขา เขากล่าวว่าการรู้ประวัติศาสตร์นั้นสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจโลกของเรามากขึ้น – และอื่นๆ อีกมากมาย
แร่ธาตุเป็นสารที่เป็นของแข็งที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ อย่างใกล้ชิด โมเลกุลของพวกมันก่อตัวเป็นลวดลายคริสตัลสามมิติแบบปกติ เพชรเป็นตัวอย่างหนึ่ง เพชรส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นเป็นลูกบาศก์คริสตัล ซึ่งหมายความว่าอะตอมของพวกมันจะซ้อนกันเป็นรูปทรงลูกบาศก์ซ้ำๆ หินทั้งก้อน (ซึ่งสามารถทำจากแร่ธาตุได้ตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไป) อาจมีขอบคมเช่นกัน อาจเป็นลูกบาศก์ หรืออาจเป็นทรงแปดด้าน รูปทรงที่มีหน้าแบนแปดหน้า
เพชรเป็นตัวอย่างที่ดีที่แสดงให้เห็นว่าแร่ธาตุที่มีชื่อเดียวกันสามารถมีประวัติศาสตร์ที่แตกต่างกันได้อย่างไร แอนดรูว์ คริสตี้กล่าว เขาเป็นภัณฑารักษ์ด้านแร่วิทยาที่พิพิธภัณฑ์ควีนส์แลนด์ในเมืองบริสเบน ประเทศออสเตรเลีย เพชรขนาดใหญ่ที่พบในเครื่องประดับก่อตัวขึ้นใต้พื้นผิวโลกมากกว่า 160 กิโลเมตร (100 ไมล์) ในเสื้อคลุม ความร้อนและความดันมีอะตอมของคาร์บอนที่ถูกบดขยี้เข้าด้วยกันเป็นก้อน ที่สร้างผลึกเพชร ที่เราขุดขึ้นมาในวันนี้ถูกผลักขึ้นสู่ผิวน้ำผ่านการปะทุของภูเขาไฟที่รุนแรง
แต่เพชรสามารถก่อตัวขึ้นที่อื่นในจักรวาลได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น เพชรเม็ดเล็กๆ ก่อตัวเป็นอุกกาบาตที่พุ่งชนโลกจากอวกาศ อุกกาบาตเหล่านั้นบางตัวมีอะตอมของคาร์บอนอยู่ในตัว คริสตี้อธิบาย เมื่ออุกกาบาตพุ่งทะลุชั้นบรรยากาศของโลก มันสามารถสร้างคลื่นกระแทกของความร้อนและแรงดันได้ “คลื่นกระแทกที่ผ่านคาร์บอนนั้น [ในอุกกาบาต] จะสร้างเพชรเม็ดเล็กๆ ออกมา” คริสตี้อธิบาย
หินทั้งสองนี้เป็นเพชร ตามโครงสร้างผลึกของพวกเขา นักแร่วิทยาจะจำแนกพวกมันแบบเดียวกัน แต่ Robert Hazen กล่าวว่านักวิทยาศาสตร์สูญเสียมากเมื่อนำเรื่องราวการเกิดของแร่ออกไป “แร่ธาตุธรรมชาติเป็นแหล่งเก็บข้อมูล” เขากล่าว “มันเป็นแคปซูลเวลาที่มีข้อมูลมากมายที่เรายังไม่ได้สำรวจ” Hazen เป็นนักแร่วิทยาที่ห้องปฏิบัติการธรณีฟิสิกส์ของสถาบัน Carnegie ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี.
เรื่องที่แร่ธาตุสามารถบอกได้
ตอนนี้แร่ทุกชนิดมี “สายพันธุ์” เพชรเป็นหนึ่งสปีชีส์เช่น กลุ่มที่เรียกว่า International Mineralogical Association (IMA) ทำให้แน่ใจว่าชื่อพันธุ์แร่มีความสอดคล้องกัน แต่ชนิดของหินไม่ได้บอกอะไรคุณเกี่ยวกับการก่อตัวของแร่ธาตุในหิน
บางทีชื่อของแร่อาจจะพูดมากกว่านี้ก็ได้ สิ่งมีชีวิตจัดเป็นสกุลและชนิด เสือเช่นเสือคือเสือโคร่ง “เสือดำ” เป็นสกุลและ “เสือโคร่ง” เป็นสายพันธุ์ สายพันธุ์ที่อยู่ในสกุลเดียวกันมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด Panthera tigris เป็นเสือ แต่ Panthera leo เป็นสิงโต Hazen ต้องการแร่ธาตุเช่นนั้น
ในระบบของ Hazen แร่ก็ยังคงมีสายพันธุ์ของมันอยู่ เช่น เพชร เป็นต้น แต่มันก็มี “ชนิด” ด้วย – วิธีอธิบายว่าแร่ก่อตัวอย่างไร เพชรจะไม่ใช่แค่เพชรอีกต่อไป แทนที่จะเป็นเพชรที่เกิดในอุกกาบาตจะเป็นเพชรกระทบ เพชรในเสื้อคลุมของโลกจะเป็น Type I หรือ Type II
นั่นไม่ได้หมายความว่า IMA จะหายไป “ฉันไม่ได้พยายามที่จะล้มล้างระบบ” Hazen กล่าว เขาต้องการเพิ่ม “ชนิด” ให้กับแร่ธาตุแต่ละชนิดแทน “ใจดี” นั้นก็คงเหมือนกับโน้ตที่เล่าถึงที่มาของหิน
นี่อาจดูเหมือนการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย แต่ “การเพิ่มเชิงอรรถของการก่อตัวของแร่นั้นเปิดโลกใหม่ของข้อมูล” Hazen อธิบาย “มันจะช่วยให้เราสามารถมองดูแร่ธาตุโบราณและระบุสภาพแวดล้อมที่พวกมันก่อตัวได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น”
หากนักวิทยาศาสตร์พบเหล็กที่มีสนิมอยู่ข้างใน มันก็จะไม่ใช่แค่เหล็กอีกต่อไป สนิมก็มีความสำคัญเช่นกัน สนิมแสดงว่ามีออกซิเจนอยู่เมื่อเหล็กก่อตัวขึ้น ดังนั้นจึงต้องมีบางอย่างเช่นจุลินทรีย์หรือพืชรอบๆ เพื่อเติมออกซิเจนในอากาศ รายละเอียดเหล่านี้บอกนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโลกที่แร่ก่อตัวขึ้น Hazen นำเสนอแนวคิดเรื่องแร่ “ชนิด” ที่การประชุม American Geophysical Union เมื่อวันที่ 14 ธันวาคม 2018
“ฉันคิดว่าเป็นความคิดที่ดี” ที่จะเพิ่ม “ชนิด” เหล่านี้ลงในแร่ Edward Grew กล่าว เขาเป็นนักแร่วิทยาที่มหาวิทยาลัยเมนในโอโรโน “ไม่ใช่เรื่องดีที่จะพิจารณาแร่ธาตุเพียงอย่างเดียว – การมีคริสตัลควอตซ์ที่สวยงามบนโต๊ะของคุณ และอย่าคิดว่ามันก่อตัวอย่างไร”
แน่นอน แร่ธาตุก่อตัวขึ้นในสถานที่ต่างๆ มากมายบนโลกและในอวกาศ เฮเซนหวังว่าการบอกเล่าเรื่องราวชีวิตของแร่ธาตุอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโลกของเรา — และดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ด้วย “ทำไมโลกถึงมีความพิเศษ? พิเศษมั้ย?” เขาถาม. “ดาวอังคารหรือดาวพุธหรือดวงจันทร์แตกต่างกันอย่างไร? แร่ในบางกรณีเป็นหลักฐานที่แข็งแกร่งที่สุดที่เรามีเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ 4.5 พันล้านปีของระบบสุริยะของเรา” เขาคิดว่าการสังเกตการก่อตัวของแร่ธาตุ นักวิทยาศาสตร์อาจมีโอกาสเข้าใจมากขึ้นว่าระบบสุริยะและหินที่เราเรียกว่าบ้านเป็นอย่างไร
เพชรสีน้ำเงินหายากก่อตัวลึก ลึก ลึกลงไปในโลก
เพชรสีน้ำเงินเป็นหนึ่งในอัญมณีที่หายากที่สุด เสื้อคลุมของโลกคือชั้นที่ร้อนและลึกระหว่างเปลือกโลกและแกนกลางของโลก และที่นี่เองที่เพชรเหล่านี้ถือกำเนิดขึ้น ทว่าสีฟ้าของพวกมันมาจากโบรอน ซึ่งเป็นธาตุที่ไม่พบทั่วไปที่นั่น นักวิทยาศาสตร์คิดว่าพวกเขาได้ค้นพบว่าโบรอนไปถึงที่นั่นได้อย่างไร การวิเคราะห์ของพวกเขาชี้ให้เห็นว่าชิ้นส่วนที่จมของเปลือกโลกส่งโบรอนลึกลงไปจากเปลือกโลก หากเป็นจริง บ้านเกิดของอัญมณีสีน้ำเงินเป็นหนึ่งในเพชรที่ลึกที่สุด
Evan Smith และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ค้นพบสิ่งใหม่นี้ Smith เป็นนักธรณีวิทยาที่ Gemological Institute of America ซึ่งตั้งอยู่ในนิวยอร์กซิตี้ สถาบันนั้นได้ศึกษาเพชรนับล้านจากทั่วโลก มีเพียงส่วนน้อยเท่านั้น – ประมาณสองในทุก ๆ 10,000 – ที่เป็นสีน้ำเงิน และมีเพชรสีน้ำเงินเพียงไม่กี่เม็ดเท่านั้นที่มีชิ้นส่วนเล็กๆ ของวัสดุที่ไม่ใช่เพชร เรียกว่าการรวมแร่ ภายในโครงสร้างผลึกของพวกมัน
สิ่งเจือปนเหล่านั้นดักจับแร่ธาตุที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียงเมื่อเพชรก่อตัวขึ้น พวกเขาสามารถให้เบาะแสเกี่ยวกับที่มาของอัญมณีได้ เมื่อใดก็ตามที่นักวิจัยพบเพชรสีน้ำเงิน พวกเขาตรวจสอบสิ่งเจือปนเหล่านั้น โดยรวมแล้ว Smith และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ค้นพบและวิเคราะห์เพชรสีน้ำเงิน 46 เม็ดด้วยสิ่งเจือปนเหล่านี้
โครงสร้างและสูตรทางเคมีของพวกมันชี้ไปที่แหล่งกำเนิดลึกกว่า 660 กิโลเมตร (410 ไมล์) ซึ่งอยู่ต่ำกว่าขอบเขตระหว่างชั้นบนและชั้นล่างของเสื้อคลุม เพชรทั้งหมดก่อตัวขึ้นภายในเสื้อคลุมของโลก แต่ส่วนใหญ่จะก่อตัวขึ้นเหนือชั้นขอบเขตนั้น
ทีมของ Smith ได้อธิบายการค้นพบในวันที่ 1 สิงหาคมใน Nature
คนโบกรถเคมีปากโป้ง
ผู้เชี่ยวชาญด้านอัญมณีกล่าวถึงการเจือปนว่าเป็นข้อบกพร่องประเภทหนึ่ง เพชรสีน้ำเงินไม่เพียงแต่หายากมากเท่านั้น แต่ยังบริสุทธิ์มากอีกด้วย Smith รายงาน “พวกมันค่อนข้างไร้ที่ติอย่างสมบูรณ์” ทำให้ยากสำหรับนักวิจัยในการระบุเพชรสีน้ำเงินที่มีแร่ธาตุรวมเพียงพอในการศึกษา
ทีมตรวจสอบสิ่งเจือปนโดยใช้สิ่งที่เรียกว่ารามันสเปกโทรสโกปี ไม่จำเป็นต้องตัดหินเพื่อให้ได้เบาะแสว่าบ้านเกิดของพวกเขาลึกแค่ไหน พวกเขาเพียงฉายแสงเลเซอร์ไปที่ส่วนรวมของหินทั้ง 46 ก้อน จากนั้นพวกเขาก็วัดความยาวคลื่นของแสงที่กระจัดกระจายไปตามสิ่งเจือปนเหล่านี้ เพชรทำจากคาร์บอน เช่นเดียวกับลายนิ้วมือเคมี ความยาวคลื่นเหล่านั้นบอกนักวิทยาศาสตร์ถึงองค์ประกอบอื่นๆ ที่รวมอยู่ด้วย
แร่ธาตุบางชนิด เช่น bridgmanite (BRIDJ-maan-eit) มีความคงตัวเฉพาะที่อุณหภูมิและความดันสูงที่พบในส่วนลึกของโลกเท่านั้น แร่ธาตุดังกล่าวจะเปลี่ยนโครงสร้างเมื่อเพชรที่ยึดพวกมันลอยขึ้นสู่พื้นโลกในหินหลอมเหลว แต่สิ่งเจือปนยังเก็บร่องรอยของรูปแบบความกดอากาศสูงลึก นักวิจัยใช้โมเลกุลเหล่านี้เพื่อให้เข้าใจถึงที่มาของเพชรสีน้ำเงินได้ดียิ่งขึ้น
“เป็นงานนักสืบที่จะสืบย้อนถึงสิ่งที่คุณเห็นในเพชร” สมิทกล่าว ตัวอย่างเช่น เพชรอาจมีทั้ง bridgmanite และ ferropericlase (Fair-oh-PAIR-ih-klaes) แร่ธาตุทั้งสองมาจากเสื้อคลุมด้านล่าง (แท้จริงแล้ว bridgmanite กลายเป็นเรื่องธรรมดาเมื่อลงไปประมาณ 660 กิโลเมตร) การเห็นแร่ธาตุทั้งสองเข้าด้วยกันหมายความว่าเพชรก่อตัวขึ้นลึกมาก คอมโบนั้นจะไม่เสถียรที่ระดับความลึกตื้น Smith กล่าว “มันเหมือนกับน้ำมันและน้ำ ภายใต้เงื่อนไขบางอย่างพวกเขาผสมกัน แต่ภายใต้เงื่อนไขอื่น ๆ พวกเขาไม่ได้”
และตอนนี้เกี่ยวกับโบรอนนั้น
ธาตุโบรอนมักจะชอบอยู่ในเปลือกโลก ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงงงว่าทำไมมันถึงได้ลึกพอที่จะเข้าไปอยู่ในเพชรสีน้ำเงินได้ ทีมของ Smith กล่าวว่าคำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดคือโบรอนผูกติดกับแผ่นเปลือกโลก
แผ่นหินขนาดใหญ่เหล่านี้ซึ่งประกอบเป็นพื้นผิวของดาวเคราะห์นั้นเคลื่อนที่อยู่เสมอ บางคนค่อย ๆ ผลักเข้าหากัน ต่างคนต่างพรากจากกัน ต่างคนต่างเบียดเสียดกันไปข้าง เมื่อแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นชนกัน แผ่นเปลือกโลกอาจขดตัวเป็นภูเขา หรือจานหนึ่งอาจเลื่อนอยู่ใต้อีกแผ่นหนึ่ง กระบวนการที่การชนกันส่งแผ่นหนึ่งลึกเข้าไปในโลกเรียกว่าการมุดตัว
การดึงและผลักจานจำนวนมากเกิดขึ้นใต้มหาสมุทร น้ำทะเลประกอบด้วยโบรอนที่ละลายน้ำ ขณะที่น้ำไหลไปตามพื้นทะเล มันจะทำปฏิกิริยากับแร่ธาตุบางชนิดเพื่อสร้างแร่ธาตุที่อุดมด้วยน้ำที่เรียกว่าเซอร์เพนติไนต์ (Sur-PEN-tih-neit) หากแร่นี้อยู่ในแผ่นเปลือกโลกที่ยุบตัวระหว่างการชน แผ่นที่จมนั้นจะนำแร่ไปลึกเข้าไปในเสื้อคลุม นั่นเป็นวิธีหนึ่งในการเสริมสร้างเสื้อคลุมด้วยโบรอน
สมมติฐานยังชี้ให้เห็นถึงวิธีหนึ่งที่น้ำอาจเดินทางลึกเข้าไปในเสื้อคลุม: การโบกรถภายในเซอร์เพนทิไนต์
นักวิทยาศาสตร์สงสัยมานานแล้วว่าน้ำลงไปได้ไกลแค่ไหน พวกเขาสงสัยว่าน้ำอาจช่วยให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่โดยการหล่อลื่นพื้นผิวที่อยู่ลึกเข้าไปในดาวเคราะห์ การค้นพบงูคดเคี้ยว Smith กล่าวว่า “ไม่ใช่ข้อพิสูจน์ แต่เป็นความหวังว่าเราจะได้รับน้ำที่แท้จริงจากมหาสมุทรลงสู่ชั้นล่าง”
การใช้เพชรเพื่อศึกษาว่าโบรอนเคลื่อนตัวผ่านโลกได้อย่างไร เกรแฮม เพียร์สันกล่าว เขาเป็นนักธรณีวิทยาที่มหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตาในแคนาดาและไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้ “แทบไม่รู้อะไรเกี่ยวกับวัฏจักรโบรอนในส่วนลึกของเสื้อคลุม” เพียร์สันกล่าวเสริม
เขาและนักวิจัยคนอื่นๆ กำลังศึกษาไอโซโทปโบรอน ซึ่งเป็นรูปแบบขององค์ประกอบที่มีมวลต่างกันภายในเพชรสีน้ำเงิน สิ่งนี้อาจช่วยให้พวกเขาปักหมุดว่าโบรอนในผลึกนั้นมาจากเปลือกโลกหรือจากเสื้อคลุม
เนื่องจากเพชรสีน้ำเงินในการศึกษาใหม่ทั้งหมดมีการเจือปน จึงไม่สมบูรณ์แบบ พวกมันจะมีราคาที่ถูกกว่าเพชรสีน้ำเงินไร้ตำหนิ เช่น Hope Diamond ที่โด่งดังไปทั่วโลก อย่างไรก็ตาม มูลค่าการวิจัยของเพชรสีน้ำเงินที่มีตำหนิ ดังที่เห็นในการศึกษาใหม่นี้อาจเพิ่มมูลค่าของเพชรเหล่านั้นได้ Smith กล่าว “ฉันคิดว่ามันทำให้พวกเขาพิเศษขึ้นนิดหน่อย”
สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ ferengifts.com