碳是宇宙中最豐富的元素之一，它可以形成各種各樣的結(jié)構(gòu)，其中相對為人所知的包括石墨，還有鉆石，也就是金剛石。

當(dāng)然，大家都知道，金剛石是最堅硬的天然材料。"褶皺金剛石" 這個詞聽起來似乎就不太合理，但這正是一組研究團隊在罕見的橄輝無球粒隕石中發(fā)現(xiàn)的。

這些隕石可能來自一顆矮行星或者一顆非常大的小行星的星幔，這個天體應(yīng)該是在 45.6 億年前的一次巨大碰撞中被摧毀了，而一些碎片最終降落在了非洲西北部。在這些太空巖石的內(nèi)部，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了具有獨特的褶皺圖案的分層金剛石。論文已發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

一種新的分析技術(shù)

對于這些結(jié)構(gòu)奇特的堅硬物質(zhì)，最顯而易見的問題便是，在地球上（或者在太空中）褶皺的金剛石是如何形成的？

更令人驚訝的或許還有，它們還并非 " 普通 " 金剛石，而是一種更不常見的 " 六邊形 " 金剛石，也就是碳原子排列成六方晶體的情況。這種形式的金剛石也被稱為藍絲黛爾石。有預(yù)測認(rèn)為，藍絲黛爾石甚至比標(biāo)準(zhǔn)的立方體結(jié)構(gòu)的金剛石還要堅硬。

金剛石與藍絲黛爾石的原子結(jié)構(gòu)示意圖。（圖／The Conversation）

在新研究中，團隊開發(fā)了一種電子顯微的新方法，來繪制隕石中金剛石、石墨和藍絲黛爾石的分布。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)，從繪圖來看，這些褶皺金剛石實際上可能是藍絲黛爾石后，又通過高分辨率透射電子顯微（TEM）的方法進行了更詳細的研究。

金剛石與藍絲黛爾石的原子結(jié)構(gòu)示意圖。（圖／The Conversation）

研究找到了一些迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的藍絲黛爾微晶（微觀晶體），直徑約 1 微米。可以做個對比，過往發(fā)現(xiàn)的藍絲黛爾晶體通常只有納米級的大小。那些有趣的褶皺形狀是由多結(jié)晶藍絲黛爾石組成的，換句話說，它們是由無數(shù)微小的晶體構(gòu)成的。

重建激變

團隊還發(fā)現(xiàn)，藍絲黛爾石已經(jīng)部分轉(zhuǎn)化成了金剛石和石墨，這為我們提供了關(guān)于隕石中事件發(fā)生順序的線索。在澳大利亞同步加速器的后續(xù)研究證實了這一結(jié)果。

通過比較 18 個不同的橄輝無球粒隕石中的金剛石、石墨和藍絲黛爾石，研究人員拼湊出了一幅圖，開始了解可能發(fā)生了什么，才會產(chǎn)生這些褶皺結(jié)構(gòu)。

在第一階段，石墨晶體在小行星的星幔深處出現(xiàn)褶皺，這要歸功于高溫導(dǎo)致周圍的其他礦物生長，將石墨晶體推到了一邊。

當(dāng)橄輝無球粒隕石母小行星被巨大的撞擊塊摧毀時，金剛石和藍絲黛爾石形成的時間和位置示意圖。（圖╱ PNAS, 2022）

第二階段發(fā)生在巨大的碰撞之后，這一災(zāi)難破壞了橄輝無球粒隕石的母小行星。隕石中的證據(jù)表明，破壞事件在發(fā)展過程中產(chǎn)生了豐富的流體和氣體的混合物。

隨后，這種混合物通過替換褶皺的石墨晶體，進而形成了藍絲黛爾石，同時幾乎完美地保留了石墨那種復(fù)雜的紋理。換句話說，實際上不可能讓藍絲黛爾石或金剛石發(fā)生褶皺，它其實是通過取代先前存在的形狀而形成的。

團隊認(rèn)為，這是由激變后壓強和溫度立即下降時的熱流體混合物所驅(qū)動的。接著，不久之后，隨著流體進一步減壓并冷卻形成氣體混合物，金剛石和石墨部分取代了藍絲黛爾石。

來自自然的制造線索

這個過程與用于制造金剛石的過程相當(dāng)相似，也就是化學(xué)氣相沉積。這些制造出的人工金剛石在如今的工業(yè)中被廣泛使用，特別是被用于切割和研磨，因為金剛石非常堅硬。

不同之處在于，藍絲黛爾石是在比通常用于生長金剛石略高的壓強下，從超臨界流體而不是氣體中取代了成型的石墨。

因此，自然似乎已經(jīng)給了一些線索，告訴我們關(guān)于如何制造成型的超硬微型機器零件。如果我們能找到一種方法，復(fù)制在隕石中保留的過程，就可以通過用藍絲黛爾石取代預(yù)先成型的石墨，來制造這些機器部件。

作者把這項研研究稱為 " 好奇心驅(qū)動的科學(xué) "。他們相信，這產(chǎn)生了推動創(chuàng)新的創(chuàng)造力。你永遠不知道還能發(fā)現(xiàn)什么。