在地下深达数百千米极限环境下形成的“神奇石头”
金刚石，也就是被人们看作宝石的“钻石”，其硬度为地球上一切物质之冠。金刚石可以划伤其他所有的物体，而其他任何物体却无法伤它分毫。
金刚石的基本成分不过是碳而已。深埋于地下数百千米地幔中的碳受到长期挤压，就变成了金刚石。那以后，发生地质变动，它们才被以超过声音速度上升的岩浆奇迹般地带到了地表附近。
金刚石的晶体中还含有许多其他的矿物成分，那是它们在地球深部形成时混入其中的物质。多亏了金刚石把这些深藏在地下数百千米的物质带到地表，科学家才得以了解到地下深处的详细情况。因此，研究人员把金刚石看作“来自地球深部的信函”。
本专辑拟对金刚石作一全面介绍，同时还将介绍金刚石在地球内部形成的过程以及人工制造金刚石的尖端技术。
引 言
曾经是只有王公贵族才享用得起的奢侈品
直到19世纪中叶，人们还把金刚石视为一种神奇的石头。在已知的全部大约4200种矿物中，金刚石为什么会最坚硬？金刚石是在何地、如何产生出来的？所有这些，当时的人们还都全然不知。
人类同金刚石打交道有悠久的历史。早在公元1世纪，当时罗马的文献中就有了关于金刚石的记载。那时，罗马人还没有把金刚石当作装饰用的宝石，只是利用它们无比的硬度，当作雕琢工具使用。
后来，随着技术的进步，金刚石才被当作宝石用于饰品，而且价格越来越昂贵。到了15世纪，在欧洲的一些城市，如巴黎、伦敦和安特卫普（比利时北部城市）等，已经能够看到一些匠人利用金刚石的粉末来研磨大块金刚石，对金刚石进行加工。
金刚石作为宝石越来越昂贵，然而，对金刚石的科学研究却相对比较迟缓。一个重要原因就是，长期以来始终未能发现储藏有金刚石的“矿山”，已经发现的金刚石全都是在印度和巴西等地的河沙及碎石中靠运气采集到的，数量极少，十分稀罕。特别是高品质的金刚石，极其昂贵，只有王公贵族才享用得起。对如此昂贵的金刚石进行研究，在那样一种情况下，几乎是不可能的。
进入19世纪，情况才有了变化。1866年，住在南非一家农场的一位叫做伊拉兹马斯·雅可比的少年在奥兰治河滩上玩耍，无意中捡到一块重达21.25克拉（4.25克。克拉，宝石的重量单位，1克拉＝0.2克）的金刚石原石。那粒金刚石立即被英国的殖民总督送到巴黎的万国博览会（1867～1868）上展览，并取名为“尤瑞卡”（希腊语，意思是“我找到了”）。
听到在南非发现金刚石的消息，一时间有成千上万的探矿者赶到奥兰治河，形成了一股寻找金刚石的狂潮。其中有一对姓伯纳特的兄弟，不久就非常幸运地在金伯利附近发现了一座金刚石矿。
发现金刚石矿意义十分重大，通过研究矿山的地质结构，便有可能知道在哪些地点有可能形成金刚石。
金刚石的产地
在全世界分布甚广
如前面所介绍的，伯纳特兄弟于1870年发现了金伯利金刚石矿。正是这一发现，使人们知道了在哪种岩石中有可能含有金刚石。
原来，那是一种在远古时代的岩浆冷却以后所形成的火山岩。接着，研究者又发现，在这种火山岩中除了金刚石，还含有被称为石榴石和橄榄石的两种矿物。因此，在那些出产石榴石和橄榄石的地点，找到金刚石矿的可能性就比较大。于是，石榴石和橄榄石就成为寻找金刚石的“指示矿物”。
根据指示矿物来寻找金刚石矿的方法并不是在哪一天突然发现的。上世纪70年代，美国史密森研究所的地球化学家约翰·贾尼在仔细研究了石榴石和金刚石之间的关系后发表了他的研究结果。但是，在那之前，即上世纪50年代，德比尔斯公司的地质人员早就在根据指示矿物在世界各地寻找金刚石矿了。
目前在世界各地都发现了金刚石矿。其中，澳大利亚、刚果、俄罗斯、博茨瓦纳和南非是著名的五大金刚石产地。
美国马萨诸塞大学的地球物理学家史蒂文·哈格蒂博士在1999年研究了世界各地含有金刚石的熔岩的年代，结果发现，这些含有金刚石的熔岩至少是在过去7个不同的时期在各地喷出的岩浆所形成的，其中最古老的熔岩则是在大约10亿年前形成的。在这7个岩浆喷发时期中，以在非洲各地和巴西等地区于1.2亿年前至8000万年前喷出的岩浆中所含有的金刚石为最多。那时正值恐龙时代极盛期的中生代白垩纪。含有金刚石的熔岩，最晚的，是在2200万年以前喷出的岩浆形成的。至于在那以后形成的熔岩中是否含有金刚石，则还无法肯定。
金刚石的性质
地球上最硬的物质
把任何两种不同的矿物互相刻划，两者中必定会有一种受到损伤。有一种矿物，能够划伤其他一切矿物，却没有一种矿物能够划伤它，这就是金刚石。
金刚石为什么会有如此大的硬度呢？
直到18世纪后半叶，科学家才搞清楚了构成金刚石的“材料”。如前所述，早在公元1世纪的文献中就有了关于金刚石的记载，然而，在其后的1600多年中，人们始终不知道金刚石的成分是什么。
直到18世纪的70至90年代，才有法国化学家拉瓦锡（1743～1794）等人进行的在氧气中燃烧金刚石的实验，结果发现得到的是二氧化碳气体，即一种由氧和碳结合在一起的物质。这里的碳就来源于金刚石。终于，这些实验证明了组成金刚石的材料是碳。
知道了金刚石的成分是碳，仍然不能解释金刚石为什么有那样大的硬度。例如，制造铅笔芯的材料是石墨，成分也是碳，然而石墨却是一种比人的指甲还要软的矿物。金刚石和石墨这两种矿物为什么会如此不同？
这个问题，是在1913年才由英国的物理学家威廉·布拉格和他的儿子做出回答。布拉格父子用X射线观察金刚石，研究金刚石晶体内原子的排列方式。他们发现，在金刚石晶体内部，每一个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合，形成一种致密的三维结构。这是一种在其他矿物中都未曾见到过的特殊结构。而且，这种致密的结构，使得金刚石的密度为每立方厘米约3.5克，大约是石墨密度的1.5倍。正是这种致密的结构，使得金刚石具有最大的硬度。换句话说，金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。
金刚石的原材料
金刚石的原材料是远古时代的浮游生物！？
碳是一种常见的元素。动植物的体内，甚至空气中，都含有大量的碳。我们的身体也不例外，其中也有大量的碳原子。人体内含有大约18%的碳。
然而，碳虽然是地面上常见的元素，在地球内部，数量却十分稀少。通过对太阳光谱和坠落到地球上的陨石所进行的分析，据推测，组成地球的化学元素，最多的是铁，接下来依次是氧、硅和镁。这4种元素占到了地球总质量的95%；若再加上铝、钙和钾3种元素，则总共占到了99%。剩下的1%，才是包括碳在内的其他所有的元素。
此外，组成地球的元素，质量越大的元素越倾向于聚集在地球的中心。碳是比较轻的元素，集中在地表附近，因而在地球深处基本上不会有碳。日本东京大学物性研究所专门研究地球深部结构的八木健彦教授说：“地球自46亿年前诞生以来，内部存在的碳都是极其稀少的，因此，地球内部不会有很多形成金刚石的原材料。”
另一方面，科学家通过同位素分析还知道，在构成金刚石的材料中，至少有一部分是属于有机物遗留下来的碳。这意味着，在几亿到几十亿年前沉积到海底的浮游生物（动物和植物）的遗骸，随着构造板块的运动，它们从沉积层被带到地球的内部，那里就有可能形成金刚石。
八木教授说：“总之，碳在地球内部属于微量元素，数量如此少，金刚石极其稀少也就不足为奇了。”
金刚石的形成
在地下200千米的地幔中形成
金刚石是在地球内部的什么地方形成的呢？回答这个问题，已经有金刚石的硬度和致密的结构为我们提供了很好的线索。
我们知道，在地球内部，随着深度的增加，压力会越来越大，温度也会越来越高。例如，在深度30千米附近，温度为几百摄氏度，压力超过1万个大气压；在深度为100千米的地方，温度为1000℃左右，压力则增加到3万个大气压。
从19世纪开始，研究者就在尝试用人工方法合成金刚石，办法是对也像金刚石一样仅仅是由碳所组成的石墨施加高压，把它们加热到高温。1878年，苏格兰的一位矿物学家贾鲁斯·汉内曾尝试利用某些化学反应中所产生的高温高压来合成金刚石。19世纪90年代，法国的一位化学家亨特·莫瓦桑（1906年度诺贝尔化学奖得主）同他的助手一起，尝试了将碳熔入熔融的铁水中，然后使铁水骤冷的办法来合成金刚石。可是，汉内的方法无法得到金刚石晶体，而莫瓦桑的实验，由于混入了杂质，根本就没有得到金刚石。
直到上世纪50年代，瑞典的ASEA公司（通用电机公司）和美国的GE公司（通用电气公司）研制成功能够稳定地产生高压和高温的设备，这才真正成功地合成出了人造金刚石。合成时使用了5.4万个大气压的超高压和1400℃的超高温。通过对金刚石的共生矿物的研究以及其他一些研究，现在又有了人工合成金刚石的实验数据，这就肯定了以前关于金刚石的“诞生场所”在地下深部的推测。
5万个大气压的超高压，这相当于地下深度超过150千米的环境。在ASEA公司和GE公司之后又获得了许多新的实验数据，于是科学家终于得出结论，我们所看到的金刚石，大多数都是在地下深度为150千米至250千米的上地幔中形成的。
金刚石的形成
在1000℃以上、高达数万个大气压的液态地幔区域中形成
通过人工合成金刚石的实验，科学家知道了金刚石形成和成长（晶体生长）的必要条件是“高温液体”。
例如，人工合成金刚石时所使用的就是相当于地下深度为150千米的5万个大气压和1300℃的高温。不同的是，在人工合成金刚石时，是把作为碳原料的石墨熔融在镍和铁等的合金液体中。把加入了碳的这种合金液体放入产生超高压和超高温的设备中，使其一部分冷却，结果就在这一部分中形成了金刚石晶体。
在实验室条件下，再现了即使深度达150千米的地下环境，也是无法直接将固体石墨转变为金刚石单晶体的。在人工合成金刚石的过程中，必须要先把碳熔融在铁等液体中。
根据这些实验结果，八木教授认为，在地球深处，大概是以如下的方式先形成金刚石小晶体，然后再成长为较大的晶体（晶体生长）的：“地幔在变成了固体岩石之后，仍然会有一些区域处在高温状态。在这种熔融的高温岩石中，尽管机会难得，但偶尔也会有单体形式的碳存在。如果碳的数量足够多的话，那么，随着液体的冷却，碳原子便会聚集起来而成长为金刚石。”
已经发现的金刚石晶体，通常都是正八面体的结晶。假如是被周围的岩石包裹着成长的话，那么，岩石裂缝具有不同的形状，金刚石也就应该成长为具有各种不同形态的晶体。既然大多数的金刚石都具有同样的晶体形态，这就表明，它们是在液体中不受妨碍地形成的。
地表附近的金刚石
地下深处的金刚石被急速上升的岩浆带到地表附近
金刚石是在地下非常深的地方形成的，按理说应该埋藏得非常深。例如，日本在2005年制成的一艘非常先进的地球深层探测船“地球”号，能够在水深4千米的海底向下挖掘7千米，直达地幔。即使这样，那也远没有达到形成金刚石的深度。
那么，埋藏得如此深的金刚石是如何跑到地上而能够被我们发现的呢？原来，答案在于含有金刚石的“金伯利岩浆”的上升运动。
金伯利岩石是一种包含有金刚石的火山岩，其名称来自最早发现金刚石的地点。火山岩则是指从地下喷出的岩浆冷却以后所形成的岩石。大多数的“金刚石矿”都是在这种金伯利火山岩中发现的。
早在1872年，德国的一位矿物学家埃米尔·科恩便已经认识到金伯利岩石是来自地球深处的岩浆冷却以后形成的。在金伯利岩石中，除了金刚石，还含有许多只有在高压状态才能够形成的其他矿物。正是根据金伯利岩石中所含有的这些矿物，科恩才得以断定金伯利岩浆是来自地球200千米以下的深部。在地面附近发现的金刚石是被上升的金伯利岩浆“携带着”搬运到地上来的。据推测，当时上升的这种岩浆，上升速度应该超过声速。
为什么说岩浆上升的速度应该超过声速呢？在岩浆上升的过程中，岩浆中的金刚石会转变为石墨。随着岩浆的上升，压力和温度逐渐降低，碳原子之间的结合会随之减弱，因而原来的金刚石将会转变为石墨。八木教授说：“若要金刚石保持原样来到地上，那么，它们就必须要在来不及转变为石墨之前就被岩浆搬运到地上。因此，金伯利岩浆只有以超高速度上升，其中的金刚石才会存留下来。”
随着金伯利岩浆急速上升到地表附近，再急速冷却下来的金刚石，就这样被“瞬间冷冻”起来。在这种情况下，金刚石内原子之间的那种结合就被“冻结住”而不再变化。这就是我们在压力和温度相对来说都非常低的地表附近能够发现金刚石的原因。
暴露在地面的金刚石
从金伯利岩石中暴露出来的金刚石
1871年在南非发现的一处金伯利矿点，经过43年的采掘，最后形成了一个直径为500米、最深处达1200米的大坑。这是人类用双手在世界上挖掘出来的最深的坑穴。
这样的挖掘，使人们得以观察到地表附近金伯利岩石层的全貌。在世界各地发现的金伯利岩石层，全都大致呈圆锥状，上宽，下细。日本国立科学博物馆地学部的研究矿物学的松原聪部长解释说：“这是从地下急速上升的金伯利岩浆，随着深度减小，周围压力降低，逐渐向外膨胀的结果。”
金伯利岩浆在携带着金刚石急速上升的过程中，也会携带着在途中遇到的其他矿物一起喷出地表。这些岩浆变成熔岩，连同火山灰一起喷出，就是火山爆发。
如此形成的火山今天已经看不到了。如第16页所介绍的，喷发金伯利岩浆的时代，最晚的，也是发生在2200万年以前。那样的火山，在漫长的岁月中，经过风雨的侵蚀，地表部分早被削平，如今已经是一片平坦的土地。那些已经消失的地表部分，原来有多高，是怎样的地形，现在已无从知道了。
目前，几乎所有的金刚石，都是在这种火山的正下方，以某一个深度为中心的一个区域内发现的。当然，在远古时代金伯利岩浆喷发时，也会有少量金刚石飞散开来掉落在火山附近，还会有一些金刚石在火山被风雨侵蚀的过程中暴露出来，被径流冲刷到江河中。因此，在这些江河附近有时也能够采集到金刚石。事实上，在1889年发现金伯利岩石之前，有长达1700年以上的时间，出现在市场上的金刚石都主要是在这样的江河附近捡拾到的。
地球深部的结构与金刚石的大小
金刚石的大小取决于压力、温度和时间三要素
由地球深处带到地表附近的金刚石，它们的大小、透明度和颜色等各不相同，具有高低不同的品质。在钻石（金刚石）贸易中，是以所谓的“4C”标准来划分钻石的等级。这里的“4C”标准有4个指标，分别是表示重量的“克拉数”（carat）、表示有否损伤和含有杂质多少的“净度”（clarity）、表示色彩的“颜色”（color），以及表示切割方式的“琢型”（也称“切工”，cut）。
“克拉”是一个专门用于宝石计量的重量单位，1克拉＝0.2克。“克拉”这个名称来自一种叫做“稻子豆”（carob）的植物。最早的时候，人们曾经使用过稻子豆的籽粒来计量金刚石的重量。迄今为止发现的最大天然钻石是“库里南钻石”，重量为3106克拉（621.2克）。
在地球内部，随着深度的增加，温度和压力逐渐上升。八木教授说：“压力和温度，还有时间，直接影响着所形成的金刚石的大小。”换句话说，高压、高温和长时间，是成长为金刚石晶体必不可少的3个条件。
在实验室里，只要有耐心，长时间地施加高压和高温，也能够得到比较大的金刚石晶体。不过，到目前为止，人工合成的金刚石，最大的也只有30克拉左右，同最大的具有几千克拉的天然钻石库里南钻石相比，还相差甚远。由此可见，在地下深处，只有存在着包含了大量碳的熔融液体，而且经过漫长的时间，才有可能形成比较大的金刚石。但是，到底需要多长时间，目前并不清楚。八木教授说：“具有几千克拉的金刚石是极其稀少的，形成如此大的金刚石，大概需要数百万年甚至更长的时间。”
地球深部的组成与金刚石的包裹体
金刚石包裹体携带着地幔的信息
区分金刚石品质等级的“4C”标准指标之一的“净度”，表示的是金刚石晶体内的损伤和含有杂质（包裹体）的多少和大小。金刚石晶体内的包裹体大多是长径为0.1～0.2毫米大小的矿物，更大的包裹体，一般也不会超过0.5毫米。夹杂矿物的种类，通常为橄榄石和石榴石等。
金刚石内含有包裹体会减小透明度，作为宝石，会降低等级。然而，“从地球科学的角度看，金刚石内的包裹体恰好是了解地球深部情况的重要线索”，松原部长和八木教授指出。事实上，这些包裹体是科学家在研究地幔的组成时不可缺少的重要证据。
这里，我们需要再一次提到金伯利岩浆。如前所述，把金刚石带上地表的金伯利岩浆，其中不止是含有金刚石而已。而且更重要的是，这些岩浆是来自地球的深部。因此，“研究金伯利岩石就有可能了解到地幔的组成”。但是，地下的岩浆在上升的过程中必然会失去一些气体和水分，到达地表的岩浆的组成同它们在地球深部时的组成肯定不会完全一样。
然而，作为包裹体被封闭在金刚石内部的那些矿物就不同了，它们同金刚石外面的世界完全隔绝，既不会有气体丢失，也不会有气体渗入其中，仍然保持了原来的原始状态。松原部长说：“研究金刚石内部的包裹体，可以了解到当初形成金刚石时它周围的物质组成，也就是说，可以了解到组成地幔的矿物的种类，乃至其中原子的排列方式。”
金刚石晶体内还包含有放射性元素，主要是铀和氩，还有钾等元素。一种放射性元素经过一定的时间会转变为其他的元素。利用这一性质，科学家可以求出包含有这种放射性元素的物质所形成的年代。地球的年龄大约为46亿年，恐龙灭绝的时间是在距今6550万年前，这些都是通过分析放射性元素推断出来的。
在金刚石的包裹体中也有放射性元素。于是，分析这些放射性元素，便可以推测出含有这些包裹体的金刚石是在什么时间形成的。“尽管已经得到的数据还不够充分，但可以肯定的是，大多数的金刚石都是在30亿年前或者16亿年前形成的。”松原部长说。
地球深部的微量元素与金刚石的颜色
最昂贵的粉红色钻石
金刚石大多是无色透明的晶体，但有的金刚石也会显示各种不同的颜色。金刚石的颜色有黄色、蓝色、绿色、粉红色和黑色等。颜色，也是划分钻石（金刚石）等级的“4C”标准的指标之一。
金刚石的颜色表明其中包含有它在当初形成时从周围地幔吸收的微量元素。在金刚石晶体的成长过程中，有从几十到几千ppm（1ppm等于100万分之1）不等的氮原子混入，也就是说，金刚石内每100万个碳原子中便混杂有几十到几千个氮原子，从而使它们具有各种不同的颜色。松原部长说：“带有颜色的金刚石，作为一种碳原子规则排列的晶体来说，其实是有缺陷的金刚石。”
天然的彩色金刚石，大多是由于内部所含有的氮原子的比例和这些氮原子与其周围碳原子的结合方式有所不同而显示为不同的颜色。比如粉红色金刚石，其中氮原子的近邻位置就缺少了碳原子。又例如，金刚石内如果含有约0.06ppm的硼原子或者其他原子（即每1亿个碳原子中约有5个硼原子），那么就会显示蓝色。无论氮还是硼，都是地幔中除了碳之外的微量元素。简单说来，彩色金刚石是由于其中混入了地幔中极其稀少的微量元素的缘故。
由此可见，彩色金刚石是非常稀少的，因而价格十分昂贵（也有例外，含有少量氮原子呈现黄色的金刚石，数量比较多，因而带有淡黄色的金刚石，其价格反而比透明的金刚石还要低）。例如，粉红色的金刚石就要比透明金刚石昂贵得多，这种金刚石只出产在澳大利亚北部的矿山中。在净度、琢型和克拉数完全相同的条件下，粉红色的金刚石，价格要比透明金刚石高出200倍。彩色金刚石如此稀少，事实上，在市场上根本就不可能形成一个标准价格。
原子排列与金刚石的解理
切割金刚石的简单方法
金刚石具有地球上一切物质的最高硬度，但这并不意味着金刚石就“无法切割”。事实上，切割金刚石要比切割水晶还容易。
在金刚石内部，碳原子彼此之间结合得十分紧密。但是，如果从一个特定的角度看去，便会发现这些碳原子其实是分层排列的。层与层之间的结合要比每一层内碳原子之间的结合松散得多。顺着碳原子层的方向下刀，切割并不困难。许多矿物都具有这种被叫做“解理”的性质。
被加工成宝石的金刚石
金刚石的解理性质决定了为其确定等级的“4C”标准的指标之一的“琢型”。世界上真有那么一些叫做“钻石大师”的能工巧匠，他们仅凭肉眼就可以看出金刚石的解理面，从那里下刀将金刚石切割开来。
金刚石的加工技术是从14世纪发展起来的。钻石匠们利用金刚石的解理性质将其切割、加工，然后再用金刚石粉末对加工件进行打磨。到17世纪的时候，把金刚石切割为八面体，再将其中的一个面磨平，使晶体能够接受到更多光线的一种切割方法就已经相当普及了。
金刚石反射照射到它内部的光线，能够发出非常美丽的光芒。钻石匠们经过反复尝试，加工出了具有各种各样琢型的钻石。1914年，比利时的一位同时也是钻石大师的叫做马歇尔·托尔可夫斯基的数学家，从理论上推导出把金刚石加工成58面体将会发出最灿烂的光芒。根据他的理论，再结合钻石匠们的经验，到20世纪上半叶，就诞生出了现在十分流行的“圆形明亮琢型”钻石，即俗称的“圆钻”。
地球内部的9种矿物（1）
水晶和黄玉是如何形成的？
地球上的所有矿物，可以说几乎全都是在地球的某种作用下形成的。在日本国立科学博物馆的矿物学专家松原部长的帮助下，这里打算再对其中具有代表性的9种矿物（加上金刚石一共是10种）作一概括介绍。
有一些矿物，它们的形成并不需要像金刚石那样的高压条件，通常在火山活动的高温条件下就可以形成。例如绿柱石和水晶就是如此。绿柱石是一种六角柱形的结晶矿石，具有璀璨的绿色光芒，其矿物学名称是“绿柱石”。水晶则有透明、紫色和黑色等各种颜色的品种。
地下水被岩浆的热量加热升温，溶入周围岩石的成分。这种溶液侵入地下的裂隙，到达岩浆影响不到的地点，在那里冷却，溶解在其中的岩石成分凝结出来，便形成为矿物。这里的道理同海水蒸发凝结出盐结晶是一样的。
这样一些地点叫做“热水矿”。在热水矿中形成的矿物，由于是在液体中成长起来的，比较容易形成较大的具有自然形态的晶体。溶解在液体中的成分不同，形成的就是各种不同的矿物。翡翠仅在世界上不多的地点才有出产，而水晶则是在世界各地都有发现。
我们还知道，地下深部的岩浆缓慢冷却下来，凝固以后就成为花岗岩一类岩石。但是，并不是所有的岩浆都一起同时凝固为岩石。含有二氧化碳气体的岩浆，包含有水分的岩浆，都较不易凝固。这些残留下来的岩浆块，经过更长时间的凝固，便会结晶而形成晶体。
在这样一些地点所形成的岩石叫做“结晶花岗岩”。在这些结晶花岗岩中，由于原来残留的岩浆块的成分不同，在其中就会形成不同的矿物。例如黄玉和电气石这两种矿物，就是在这种结晶花岗岩内形成的。
地球内部的9种矿物（2）
翡翠和红宝石是如何形成的？
前面介绍的水晶和电气石等矿物，它们的形成都同岩浆有关。此外，也有不少矿物的形成，是同地幔的沉降相联系的。
自古以来，翡翠一直是中国人比较熟悉的一种矿物，它只出产在世界上很少的地方，其实是比较稀少的。翡翠的矿物学名称是“硬玉”。
硬玉的形成同地球构造板块的运动有关。当大陆板块与海洋板块发生碰撞时，海洋板块下插，向地球深部下沉，将受到越来越大的压力。当它下沉到地下20～30千米的深度时，估计所受到的压力会达到1000个大气压。不过，海洋板块由于受到海水的冷却，比起其他的区域来，在同样的深度，它的温度会比较低。例如，在同样的深度，其他区域的温度为600℃时，海洋板块的温度只接近于这个温度的一半。
硬玉就是在这种低温高压的环境中形成的。然而，关于形成的具体机制，目前还不十分清楚。
正是因为硬玉（翡翠）的形成需要同时满足“存在着板块沉降带”、“存在着大量的组成硬玉的主要成分钠”和“不受岩浆的影响”这样3个条件，所以形成硬玉的地点十分有限。松原部长说：“那以后，还必须在形成有硬玉的地点凑巧发生火山活动，把它们带到地上，才有可能被人类发现。”这样的巧合自然十分难得，因此世界上出产硬玉的地点十分稀少，只在缅甸、日本等少数几个地区才有出产。此外，还有带淡蓝色的蓝晶石和具有十字型结晶的十字石等，也是在地球的这种作用下形成的。
至于非常漂亮的红色红宝石和尖晶石，则是被板块运动搬运至地下深处的石灰岩一类岩石，在那里被加热到高温而形成的两种矿物。在这两种矿物的附近往往存在着岩浆等热源，就是证据。
在科学和工业领域的应用
比天然金刚石还要硬得多的人工金刚石
2003年，英国的科学期刊《自然》（Nature）发表了一篇重要文章，宣布日本爱媛大学地学部金刚石研究中心的主任入砒彻男教授领导的一个小组，成功地合成出了一种硬度超过金刚石，也就是具有超高硬度的人造金刚石。
这里所说的“硬度”不是指根据互相刻划而确定的莫氏硬度，而是指以耐压力为指标的努普硬度。按照所测得的努普硬度，入砒教授等人所得到的人造金刚石，最大硬度达到了天然金刚石的2倍。所以有这样高的硬度，是因为这种人造金刚石其实是许多大小只有10纳米的微小金刚石挤在一起的硬块。从表面看，这种人造金刚石就像是一块单晶体，而实际上，内部却是大量的挤在一起的微小金刚石结晶。这些微晶混乱取向，其实是一块“多晶体”。由于是方向各异的许多微晶所形成的多晶体，因此整块晶体没有解理面。即使切割开了其中的某一个微晶，也无法切开它周围的微晶。因此，它的硬度比天然金刚石还要高。
在科学研究和工业领域，金刚石本身就是被用来人工产生超高压不可缺少的一种矿物。我们知道，压力（准确些说，是压强）是力除以面积。把两个很尖的物体相互挤压，在它们之间就会产生非常大的压力。但是，通常的物体经受不住太大的压力，因此在需要产生超高压的场合，便必须要用到硬度很大的金刚石。把研磨成明亮琢型的两块普通金刚石尖对尖地互相挤压，可以产生300万个大气压的超高压。如果使用入砒教授等所研制的人造金刚石，则可以得到接近400万个大气压的更高的压力。这已经相当于地球中心即内核的压力。入砒教授说：“利用这种人造金刚石，有可能再现地球中心内核的环境。”
金刚石本来是在地球的深部形成的，通过对这种天然金刚石的研究，人类制造出了超高硬度的人造金刚石。人类再利用这种人造金刚石，反过来可以窥视地球深部的环境。
……
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