揭开神秘面纱：“受污染”的氧化铝如何变成珍贵的蓝宝石

海德堡大学的研究人员正在研究这种独特的蓝色晶体是如何在火山熔体中形成的。

蓝宝石，作为珍贵的宝石，被高度重视，本质上是氧化铝或刚玉，含有化学杂质。这些典型的蓝色晶体主要存在于世界各地的贫硅火山岩中。人们普遍认为，蓝宝石形成于地壳深处的岩石，并通过上升的岩浆被运送到地球表面。海德堡大学的地球科学家通过地球化学分析证明，在德国艾菲尔地区发现的毫米大小的蓝宝石颗粒是与火山活动同时形成的。

艾菲尔是欧洲中部的一个火山地区，在这里，地幔的岩浆已经穿透了上面的地壳近70万年。熔体中二氧化硅含量较低，但钠和钾含量丰富。世界各地成分相似的岩浆以其丰富的蓝宝石而闻名。

蓝宝石形成的奥秘

为什么在这种类型的火山沉积物中经常发现这种极其罕见的刚玉变体一直是个谜。

“一种解释是，地壳中的蓝宝石起源于以前高温高压下的粘土沉积物，而上升的岩浆只是形成了通往晶体表面的升降机，”澳大利亚珀斯科廷大学研究员阿克塞尔·施密特（Axel Schmitt）教授博士解释说，他是海德堡大学地球科学研究所（Institute of Earth Sciences）的荣誉教授，目前正在研究同位素地质学和岩石学。海德堡大学是他的母校。

为了验证这一假设，研究人员检查了来自艾菲尔的223颗蓝宝石。他们在从该地区众多采石场的火山沉积物中收集的岩石样本中发现了这些毫米大小的晶体的一部分。然而，大多数蓝宝石来自河流沉积物。“与黄金一样，蓝宝石与其他矿物相比非常耐候。经过漫长的时间，颗粒从岩石中被冲出来，沉积在河流中。由于它们的高密度，用金锅很容易将它们从较轻的沉积物成分中分离出来，”塞巴斯蒂安·施密特（Sebastian Schmidt）解释说，他在海德堡大学进行了这项研究，作为他硕士学位的一部分。

蓝宝石的年龄和起源

研究人员使用铀铅法测定蓝宝石中的矿物包裹体，并使用二级离子质谱仪确定了艾菲尔蓝宝石的年龄，该质谱仪还可以确定氧同位素的组成。轻同位素O-16和重同位素O-18的相对丰度不同，像指纹一样提供了晶体起源的信息。地壳深处的岩石中含有的O-18比地幔中融化的多。

年龄测定表明，艾菲尔的蓝宝石与火山作用同时形成。在某种程度上，它们继承了地幔熔体的同位素特征，地幔熔体受到5至7公里深处加热和部分熔化的地壳岩石的污染。其他蓝宝石起源于与地下熔体的接触，熔体渗透到邻近的岩石中，从而引发了蓝宝石的形成。“在艾菲尔，岩浆和变质作用，温度改变了原始岩石，在蓝宝石的结晶过程中发挥了作用，”塞巴斯蒂安·施密特说。