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那么，锆石究竟是不是生活中遇到的“假钻石”呢？只能说，这话说对了一半。

虽然钻石是业内公认的“宝石之王”，但很多人对钻石的了解，大概仅局限于它高达10的超高硬度，和据说“一点就着”的成分碳。

不过，如果你亲眼见过雕琢良好的钻石，就会明白，钻石真正的价值，在于其耀眼无比的“金刚”光泽与璀璨绚烂的“火彩”。

钻石的市场价值本文不做讨论，但有一点可以肯定，当人类发现钻石的美丽之后，就从未停止过使用各种手段去模仿甚至伪造它的光泽和火彩。

有经验的人钻石最具吸引力的，其实是强力光泽与绚丽的“火彩”

可惜的是，绝大多数天然矿物都无法承担重任：强光泽需要高折射率、强火彩需要高色散值、而用于佩戴的宝石又需要很高的硬度，这一眼就能分辨。

896.39ct白铅矿，藏于加拿大安大略皇家博物馆

最适合做仿钻的无色锆石

直到20世纪初期，人们在成百上千种天然矿物中终于确认了最适合做“仿钻”的品种—无色锆石。

锆石（Zircon），其化学成分为ZrSiO4，即硅酸锆；硬度为7~7.5，高于石英，因此佩戴方面也达标了；关键的一点在于，天然锆石与钻石都具备耀眼的“金刚光泽”、同时，锆石的色散值高达0.038，与钻石的0.044也很接近。

无色锆石

可以说，从科学角度讲，锆石确实是最接近钻石的天然宝石；在这个时代，说锆石是“假钻石”，也并不冤枉它。

然而，造假之路是没有尽头的。踏遍地球各个角落后，人们终于意识到天然矿物中再难找到更接近钻石的矿物，开始转向人工合成领域。

人工合成宝石合集

随着科学的飞速进步，短短几十年内人类先是实现了无色蓝宝石、尖晶石等天然宝石的人工合成，随后又制造出了包括钛酸锶、人造石榴石、铌酸锂等多种自然界不存在的强光泽物质。

合成金红石

这些人造宝石虽然在部分属性上与钻石接近，但是总体来看，它们或颜色不纯，或硬度太低，甚至有的物质由于色散过高，使得其“火彩”反而很假。

1976年，“仿钻”探索中堪称里程碑的成果—立方氧化锆（Cubic Zirconia）终于登场。

作为一种重要的陶瓷材料，科学家很早就发现氧化锆在高温下可以从自然界存在的单斜晶系（斜锆石）状态转变为四方晶系（1100℃）和立方晶系（1900℃），同时性质也会发生很大变化。

立方氧化锆

而70年代前苏联科学家发明的“颅坩埚（Skull crucible）”方法，则一举解决了立方氧化锆的工业化量产技术难题。从此，合成立方氧化锆迅速席卷全球，淘汰了之前所有的物质，成为了当仁不让的“最强假钻石”。

被打开的“颅坩埚”，其解决思路是使用冷却的氧化锆自身作为坩埚容器

虽然名字也有“锆”字，但立方氧化锆的化学成分为二氧化锆（ZrO2）。它的莫氏硬度高达8.5，仅次于钻石与红蓝宝石；它拥有耀眼的金刚光泽、色散值与钻石相当而并不过度夸张；

最为可怕的是，在强大的“中国制造”加成下，我国广西梧州市以人造立方氧化锆产业起家，短短几十年内已成为年产上百亿颗的全球最大人造宝石基地，而每颗“八心八箭”的立锆仿钻比夏天大街上买根冰棍还要便宜。

合成立方氧化锆

在巨大性能与价格优势面前，天然锆石（Zircon）早已退出模仿钻石的舞台，而被工业化生产的立方氧化锆（CZ）所取代。

只不过，两种物质都有一个锆字，人们又对“立方氧化锆”这个拗口的名字十分抗拒，于是被简化的“锆石”成为了悲催的背锅侠，直到今天都很难翻身。

立锆与钻石非常相似，没有珠宝鉴定经验的普通人很难分辨

说到这里，关于锆石和人造立方氧化锆的恩怨情仇就告一段落。

当然，本文并不是要介绍人类造假的故事，接下来要说的更为关键——其实多数人都不知道的是，直到今天，锆石在科学上有着远大于做“假钻石”的用途。

锆石中隐藏的地球奥秘

在不起眼的锆石中，隐藏着地球最大的奥秘，甚至与人类最重要的科学发现—进化论，都有千丝万缕的联系，这是怎么回事呢？

1859年，达尔文的旷世大作《物种起源》出版，对整个西方基督教世界产生了炸裂式的冲击。除赫胥黎这样少数几个坚定支持的科学家，多数人都对“人是猴子变的”这样的观念难以接受，开始试图从各种方面推翻进化论。

达尔文 物种起源

想要推翻一个科学观点，一定是科学家提出的质疑最为有力。针对进化论一个相当有力的质疑就是：“地球的年龄到底有多长？是否给生物留有了足够长的时间来发生进化？”

测量地球的年龄当然是件非常困难的事情，最关键的是，人们甚至没太想明白用什么方法来推算。

早在1650年，曾有一位爱尔兰大主教詹姆斯·厄谢尔根据《圣经》的各种记载进行了（kai）认（nao）真（dong）的计算，最后他宣称地球被创建于公元前4004年10月26日上午十点。

这个听起来十分奇幻的结果，想不到罗马教廷还当真了，并作为标准答案印发各地。可想而知，这种奇谈怪论连许多基督教信徒都半信半疑，对科学家来言显然不值得一驳。

地球到底存在多久了？这是一个令科学家困惑不已的问题

看上去比较靠谱的计算方法来自著名的开尔文勋爵，大家了解的绝对温标单位“开尔文”就是为了纪念他在热力学的杰出贡献而命名。

开尔文勋爵

开尔文勋爵使用了自己最拿手的热力学知识开始了对地球年龄的估算，大概思路是这样的：

大家知道当人类采矿的时候，越往地下挖，四周的温度就会越高，这被称为“地温梯度”。理论上挖到足够深，就能挖出来岩浆。

因此，十九世纪的人类确信，地球在诞生之初一定是一个红热的岩浆球，随着热量不断散发到宇宙中，温度不断降低，直到最后热量完全耗光后变得彻底冰冷死寂。

随着向地球内部的深入：岩石圈-上地幔-下地幔-地核，地下的温度也在持续上升

这个模型，我个人称之为——“热汤圆”模型，也就是说，地球现在是一个出锅很久的汤圆，众所周知汤圆煮熟捞出后会被慢慢晾凉，由表及里，直到最终彻底完全冷下来。

而吃汤圆的我们，只要知道汤圆现在的温度，以及它降温的速度，就可以倒推出汤圆的出锅时间了。

同样，开尔文勋爵认为，只要我们知道了地球的初始温度（也就是岩浆的温度）、岩层的导热系数以及当前地球的温度（地温梯度），就能计算出地球的年龄。

有经验的人试一下汤圆的温度，就能知道出锅多久了

在《物种起源》发表后3年的1862年，开尔文勋爵发表了一篇名为《论地球的缓慢冷却》的文章，正式开始使用热力学推算地球年龄的工作。

他将岩浆的温度设定为3870℃（其实没那么高，岩浆平均温度大概也就在800℃—1200℃之间），估算了地球导热系数与地温梯度的平均值。

开尔文勋爵自己也知道，这种方法测出来的地球年龄肯定有很大偏差，因此最初他算出地球的年龄大致在2000万年到4亿年之间。不过通过持续不断的精确调整参数，到了1897年，他最终给出了一个很确定的地球年龄：2400万年。

图源网络

然而，2400万年在人类看来当然是个超级漫长的历史时期，但是对于生物进化来说，这个时间还是太短了。

在今天，我们知道在6500万年前的白垩纪，恐龙才刚刚灭绝，从而让哺乳动物有机会登上演化的中心舞台；连著名的南方古猿露西距今都已经有320万年之久。

短短2400万年，对于生命从无到有，从海洋到陆地，最终进化出现代智人，无论如何也远远不够。

生命出现于接近30亿年前，脊椎动物也已诞生超过4亿年，2400万年真的不够用

可是，按照当时已知的物理学理论，开尔文的这个“热汤圆”模型还真看不出来什么太明显的问题。无论是地质学家，还是达尔文自己，都无法回应这个质疑，达尔文最后只好说：“我确信有一天世界将被发现比汤姆逊所计算而得的还要古老”。

时至今日，我们知道开尔文勋爵的推算是有问题的，但是问题究竟出现在何处呢？

还好，19世纪末飞速发展的人类科学迅速给出了答案：1896年，贝克勒尔发现了铀的放射性现象；1898年，居里夫妇发现钋和镭；到1903年，他们又检测到镭在放射过程中会不断产生热量。

1895年，年轻的居里夫妇

重要的历史时刻出现在1904年，已年逾八旬的开尔文勋爵参加了一场由英国皇家学会举办的物理学会议，会上他晚年最得意的学生——年仅33岁的卢瑟福给了他沉重的一击。

卢瑟福在会议上作了一份报告，内容是“放射性增温对估算地球年龄影响”。报告指出，由于地球内部存在大量放射性重元素，这些放射性元素在辐射时产生的大量热能够很大程度平衡地球自身的冷却。

地球并不是一个逐渐冷却下来的“热汤圆”，而是个外表虽然凉下来，但内部仍然红热燃烧的“热煤球”，地球内部仍然有东西在产生着新的热量。

有“原子核物理学之父”之称的欧内斯特·卢瑟福

这个重要的发现，宣告开尔文勋爵长达30多年推算地球年龄的方法并不可信，人类需要找到更为可靠的方法，了解我们生存的母星——地球的准确年龄。

既然“热汤圆”模型不可靠，那么人类又能找到什么更靠谱的方法来测定地球的年龄呢？

在那场会议之前的两年——1902年，欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）和弗雷德里克·索迪（Frederick Soddy）发现，放射性元素（例如铀和钍）会以可预测的顺序转变为其他元素。

化学元素真的会发生变化，这个惊人的事实在科学界产生了轰动性的影响，在许多人看来，人类千年以来一直追求的“炼金术”终于有了理论可能性。

不过，对一名美国化学家波特拉姆·博尔特伍德（Bertram Borden Boltwood）来说，却产生的是另一方面的强烈启发。

波特拉姆·博尔特伍德，最早使用放射性同位素测算年龄的人

博尔特伍德认真研究了这个“放射性元素变化序列”，他发现含铀和钍的矿石中永远包含铅元素，而且越古老岩石中的铅-铀比例越高，即铅更多，而铀更少。

1907年，他得出结论，铅是铀的最终衰变产物，根据铀矿石中铅的比例就可以得出岩石的年龄。利用这种思路，他也第一次给出了自己测量的地球年龄——22亿年。

今天我们已经知道，作为最重要的放射性元素，铀有两种常见同位素：铀235和铀238，前者经过7次α和4次β衰变后转变为铅207，后者通过8次α和6次β衰变转变为铅206，变成铅之后就抵达了终点。

更为优秀的是，这个过程足够慢，完全适合进行古老的地质时代测定。理论上说，只需要知道一个岩石样品里现在有多少铅和铀，以及形成的时候又有多少，就可以推算出它的年龄，这就是地质学上极其著名与重要的“铀-铅测年法”。

从铀-238变化为铅-206的过程，需要经过8次α衰变与6次β衰变

思路已经确定，那么选用什么矿物或者岩石来测定呢？经过多年的对比测试后，科学家最终选择了锆石（Zircon）。

原因有很多：例如锆石在地壳中很常见，常作为副矿物产生于花岗岩中，正长岩与玄武岩、变质岩乃至于沉积岩中也有；锆石的硬度较高，很容易从母岩上剥落，同时还不容易被风化；

但是最关键的是锆石一种非常优秀的特性——它的晶体结构排斥铅原子的直接进入，而铀原子与钍原子却可以以取代锆原子的方式进入晶格之中。也就是说，在刚生成的锆石中，铅的含量可以忽略不计。

因此锆石中检出的铅，一定是由最初进入的铀等放射性元素衰变而产生。因此对于人类而言，测定锆石中的铀-铅比例，就成了最为简单而可靠的测定地质年代的方法。

天然锆石（ZrSiO4），产自巴基斯坦，在其内部隐藏的秘密超乎你的想象

时至今日，虽然铀-铅测年法其实可以选择包括锆石、独居石、磷灰石、榍石等多种矿物展开，但实际操作中，锆石几乎成为地质学家们不假思索的首选，甚至于有人干脆称呼其为“锆石测年法”。

磷灰石 图源：PIN

1956年，加州理工的化学家克莱尔·帕特森（Clair Cameron Patterson）使用铀铅测年法及改进后的铅-铅测年法，正式给出了新的地球寿命测量值：45.5亿年±七千万年。

这个数字准确度极高，以至于60多年后的今天仍然被科学界广泛认可，仅轻微修正为45.6亿年±两千万年。而这个数字，也正是今天大家频繁听到的“地球有46亿年寿命”说法的科学来源。

克莱尔·帕特森不仅精确地测算了地球的年龄，还在研究同时对铅的危害有了深刻的认识

一种被大家普遍认为是“假钻石”的天然矿物，与“地球的年龄”这种深奥的科学难题竟然有着如此紧密的关系，我想下次大家在看到假钻戒的时候，可能会对它多了那么一丝敬意吧。

但是，千万别忘了，做假钻戒的是立锆（CZ），并不是锆石（Zircon）！

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