虽然& quot锆石& quot是小众矿物，很多不熟悉矿物的人对它并不陌生，甚至可能& quot触摸& quot就个人而言。其实原因并不复杂：在钻戒困境中被媒体公认为& quot20世纪最大的骗局& quot，锆石扮演了略显不光彩的—— & quot仿钻石& quot。

在网上很容易就能找到用锆石仿制钻石的新闻。

那么，锆石是a & quot假钻戒& quot生活中遇到的？这么说吧，这话说对了一半。

虽然钻石是公认的“极品”。宝石之王& quot在业内，很多人对钻石的了解大概仅限于高达10的超高硬度和它的成分碳，据说是& quot就一点点& quot。然而，如果你亲眼见过精雕细琢的钻石，你就会明白，钻石的真正价值在于它的耀眼& quot钻石& quot光泽和辉煌& quot火色& quot。本文不讨论钻石的市场价值，但有一点是肯定的。人类在发现钻石的美丽后，从未停止过用各种手段去模仿甚至伪造它的光泽和火色。

钻石最吸引人的地方其实是强烈的光泽和华丽& quot火色& quot

可惜大部分天然矿物都无法承担这个重任：强光泽需要高折射率，强火彩需要高色散值，佩戴用的宝石需要高硬度，要同时满足这三个指标是极其困难的。比如自然界中的方铅矿，光泽分散性极好，但抗冲击性很差，完全不能佩戴；而像黄玉这种透明度和硬度都很好，甚至密度接近的矿物，光泽和颜色完全不对，稍有经验的人一眼就能分辨出来。

直到20世纪初，在数百种天然矿物中，终于确认了——种无色锆石，是最适合仿制钻石的。化学成分为ZrSiO4的锆石（Zircon）,即硅酸锆;硬度为7~7.5，高于应时，所以耐磨性也是达标的；关键是天然锆石和钻石都有耀眼的& quot钻石光泽& quot，而且锆石的色散值高达0.038，也非常接近钻石。可以说，从科学的角度来说，锆石确实是最接近钻石的天然宝石；在这个时代，说锆石是一种& quot假钻石& quot。

然而，模仿之路永无止境。走遍地球各个角落后，人们意识到很难在天然矿物中找到一种更接近钻石的矿物，于是开始转向人工合成领域。随着科学的飞速进步，在短短的几十年里，人类首先实现了无色蓝宝石、尖晶石等天然宝石的人工合成，然后生产出了多种自然界不存在的强光泽物质，包括钛酸锶、人造石榴石、铌酸锂等。虽然这些人造宝石在某些性能上接近钻石，但总体上来说，它们要么颜色不纯，要么硬度太低，甚至有些物质的分散度太高，使它们& quot火色& quot看起来很假。

1976年，立方氧化锆（CubicZirconia）,在探索人造金刚石方面的一项里程碑式的成就，终于出现了。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中的单斜晶系(斜锆石)转变为四方晶系(1100)和立方晶系(1900)，其物理性质也会发生很大的变化。在20世纪70年代Skullcrucible & quot苏联科学家发明的方法一举解决了立方氧化锆工业化批量生产的技术难题。从那时起，合成立方氧化锆迅速席卷全球，淘汰了所有以前的物质，成为& quot最强假钻石& quot。

开口凝壳坩埚的解决方案是用冷却后的氧化锆本身作为坩埚容器。

虽然名字里也有& quot锆& quot，立方氧化锆的化学成分是二氧化锆(ZrO2)。其莫氏硬度高达8.5，仅次于钻石和红宝石、蓝宝石。具有耀眼的钻石光泽，色散值与钻石相当而不夸张；最可怕的是，在强大的& quot中国制造& gt；中国广西梧州的bonus以人造立方氧化锆产业起家，短短几十年间，已成为世界上最牛的年产数百亿颗的宝石基地，而每颗& quot八心八箭& quot仿锆石比夏天在街上买一根冰棍还便宜。

面对巨大的性能和价格优势，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.然而，这两种物质都有一个锆字，人们非常抗拒这个尴尬的名字& quot立方氧化锆& quot，所以简化的& quot锆石& quot成了悲催，直到今天也没能在创业板市场翻身。

锆和钻石很像，没有珠宝鉴定经验的普通人很难分辨。

至此，天然锆石与人造立方氧化锆的恩怨告一段落。当然，本文不是介绍人类伪造钻石的故事，下一点更为关键。事实上，大多数人不知道的是，直到今天，锆石的科学用途远不止制造& quot假钻石& quot。在不起眼的锆石中，隐藏着地球最大的奥秘，甚至它与——年最重要的科学发现——进化论有着千丝万缕的联系。这是怎么回事？

1859年，达尔文的巨著《物种起源》出版，对整个西方基督教世界产生了爆炸性的影响。除了像赫胥黎这样的少数坚定支持的科学家，大多数人很难接受这个观点& quot猴子改变了人& quot并开始试图从各方面推翻进化论。

如果要推翻一个科学观点，那一定是科学家提出的最有力的问题。关于进化论的一个强有力的问题是：地球有多老？留给生物进化的时间是否足够？"

当然，测量地球的年龄是非常困难的。最重要的是，人们甚至不想知道它是如何计算的。早在1650年，一位爱尔兰大主教詹姆斯霍伊切尔(James Heuchel)根据《圣经》的各种记录计算出(kai)认(nao)真(dong)。最后，他宣布地球成立于公元前4004年10月26日上午10点。这个听起来很荒诞的结果出人意料地受到了教廷的重视，被作为标准答案印发。你可以想象，

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。简单的说，开尔文勋爵认为地球是一个出锅很久的汤圆，大家知道汤圆煮熟捞出后会慢慢凉下来，由表及里，直到最终彻底完全冷下来。而对于吃汤圆的我们，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。以此推论，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。

有经验的人尝一下汤圆的温度，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。

第一代开尔文勋爵：威廉·汤姆逊

　　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”。

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　　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。

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　　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（ErnestRutherford）和弗雷德里克·索迪（FrederickSoddy）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（BertramBordenBoltwood）来说，却产生的是另一方面的强烈启发。

美国化学家波特拉姆·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的全过程，共经过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”。

　　1956年，加州理工的化学家克莱尔·帕特森（ClairCameronPatterson）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，我想下次大家在听到“锆石”这个名字的时候，可能会对它多了那么一丝敬意吧。

　　但是，千万别忘了，现在你看到的假钻戒的是人造物立锆（CZ），并不是天然矿物锆石（Zircon）！

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部分参考文献：

中国大百科全书：同位素年代学铀铅测年法：https://en.wikipedia.org/wiki/Uranium%E2%80%93lead_dating测年法：探寻时光的痕迹：http://ask.kedo.gov.cn/c/2015-01-14/621744.shtml这些年我们是如何计算地球年龄的：http://www.xinhuanet.com/2019-04/19/c_1124386487.htm辐射测年发现地球有22亿年历史：https://www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/do07ra.html克莱尔·帕特森：发现地球年龄的人：http://blog.sciencenet.cn/blog-336909-1195720.htmlSkull-melt-crystal：http://www.energyenhancement.org/Skull-Melt-Crysals.htm