不要再嫌棄鉆石有雜質(zhì)了！說不定能揭秘地球深層水源

稀有鉆石表明地球內(nèi)部暗藏的水源比科學(xué)家預(yù)測的還要深

鉆石中的礦物包含林伍德石、頑火輝石和鐵方鎂石。（圖源：Nathan D. Renfro and Tingting Gu）

一種稀有鉆石表明，水或許可以比科學(xué)家以前認(rèn)為的更加深入地滲透到地球的內(nèi)部。

地球表面已有70%被水覆蓋，而地表之下200多英里（合322公里）的礦物中也有水，就連地幔這層地殼 "漂浮 "在上面的半可塑層也不例外?？茖W(xué)家們長期以來一直認(rèn)為，當(dāng)上地幔過渡到更熱、更密集的下地幔時，礦物中的水分含量就會大幅減少。

然而，2022年9月26日發(fā)表于《自然地球科學(xué)期刊》的一項新研究中，研究人員在一種鉆石中發(fā)現(xiàn)了疑似其他礦物的微小碎片的內(nèi)含物，這種鉆石或存在于上地幔和下地幔的邊界，可以容納更多的水。該結(jié)果表明，地球上的水可能比科學(xué)家想象的更深，這可能會影響我們對深層水循環(huán)和板塊構(gòu)造的理解。 它們可以容納更多的水，并且似乎存在于上地幔和下地幔的邊界。該結(jié)果表明，地球上的水可能比科學(xué)家想象的更深，這可能會影響我們對深層水循環(huán)和板塊構(gòu)造的理解。

研究的主要作者顧婷婷（音）表示，這些結(jié)果是出乎意料的。顧婷婷在紐約市寶石學(xué)會擔(dān)任研究員時參與了這項研究，目前她是印第安納州普渡大學(xué)的一名礦物物理學(xué)家。

顧婷婷和她的同事檢查了IaB型鉆石，這種鉆石來自博茨瓦納的卡羅韋礦，極其罕見。它形成于地下深處，長期以來藏于地下。為了研究這種鉆石，他們使用了 "非破壞性 "的分析形式，包括拉曼顯微光譜，即使用激光無創(chuàng)地揭示材料的物理特性；以及X射線衍射，即在不切開鉆石的情況下觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

顧婷婷說，在鉆石的內(nèi)含物中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種叫做林伍德石的礦物，它的化學(xué)成分與橄欖石相同，是上地幔的主要材料，但只在極端的溫度和壓力下形成，直到2014年，科學(xué)家才在隕石樣本中發(fā)現(xiàn)它。研究作者指出，林伍德石通常被發(fā)現(xiàn)在上地幔和下地幔之間的過渡區(qū)，大約在地球表面以下255到410英里（合410到660公里）之間。

布里奇曼石和鐵方鎂石是下地幔的主要礦物，而新發(fā)現(xiàn)的林伍德石的含水量遠(yuǎn)高于它們。

但是，林伍德石周圍的礦物不同于通常過渡區(qū)的礦物，而是下地幔的典型礦物形式。由于這些包裹林伍德石的礦物保留了礦物在地球深處時的特性，研究人員可以找到這些礦物所承受的溫度和壓力；他們估計這些礦物的深度約為地表下410英里（合660公里），接近這段過渡區(qū)的邊緣。分析進(jìn)一步顯示，在水合或水飽和環(huán)境中，林伍德石有可能正處于分解過程，且會分解為更接近下地幔礦物，這項發(fā)現(xiàn)暗示了水可能可以從過渡區(qū)一直滲透入下地幔。

這顆1.5克拉鉆石的內(nèi)含物可以證明在下地幔中形成的礦物。（圖源：Tingting Gu）

研究團(tuán)隊指出，盡管以前的研究已經(jīng)在鉆石內(nèi)含物中發(fā)現(xiàn)了一些來自下地幔的礦物形式，但是這個內(nèi)含物中的材料組合是獨一無二的。研究人員們表示從以前的發(fā)現(xiàn)來看，他們暫時無法確定這些礦物是否暗示了下地幔中存在含水礦物。因為沒有人直接對地球表面下約7英里（合11公里）的巖石進(jìn)行過采樣，所以目前發(fā)現(xiàn)的是來自地球地幔的少數(shù)礦物來源之一。

顧婷婷表示，這些結(jié)果可能對理解深部水循環(huán)或地球表面和深部之間的水循環(huán)具有重要意義。

顧婷婷還指出：“如果水可以儲存在更深的地方，水循環(huán)的時間尺度實際上會更長?！边@意味著如果水被儲存在地下深處，它需要更長的時間進(jìn)行更新。

這些發(fā)現(xiàn)也可能影響板塊構(gòu)造的模型。顧婷婷表示，她希望科學(xué)家能夠?qū)⑦@項研究的結(jié)果納入到關(guān)于地幔中的水如何影響地球內(nèi)部對流電流等過程的模型中。這種電流通過不均勻地加熱地球的地幔，導(dǎo)致較熱的部分上升并在數(shù)百萬年內(nèi)移動地球的板塊。

盡管存在內(nèi)含物有時被視為使鉆石不太理想的瑕疵，但顧婷婷認(rèn)為它們可以提供寶貴的科學(xué)信息。

顧婷婷說：“如果你買的鉆石中有內(nèi)含物，別緊張，你永遠(yuǎn)不會知道那會是什么。”

BY:Rebecca Sohn

FY:洲

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