來自巴西捷那的鉆石包含富含水的內(nèi)含物尖晶橄欖石礦物。

鳳凰科技訊 北京時間3月18日消息，美國生活科學(xué)網(wǎng)站報道，一場猛烈的火山爆發(fā)導(dǎo)致一種來自地幔深處名為金伯利巖的特殊鉆石出現(xiàn)在地表。這顆來自“地獄”的畸形鉆石證實了一項長久存在的理論：地球地幔的確是一片富含水的“海洋”，研究首席作者、加拿大阿爾伯塔大學(xué)的地球化學(xué)家格拉哈姆·皮爾森（Graham Pearson）這樣說道。

這顆鉆石包含一小片名為尖晶橄欖石的橄欖石礦物質(zhì)，這是首次在地球表面除隕石和實驗室內(nèi)發(fā)現(xiàn)的礦物質(zhì)。尖晶橄欖石只在極端壓力的情況下產(chǎn)生，例如地幔525千米深處的壓碎載荷。這種鉆石一般都會被拋棄，因為沒有任何商業(yè)價值。但是對于地球科學(xué)家來說，這些寶石提供了一窺地球深處的罕見機會。

“金伯利巖的噴發(fā)類似于將曼妥思薄荷糖放入可樂里（會產(chǎn)生可樂噴泉的現(xiàn)象，可樂會涌出達到10米的高度）?！逼柹f道。這種充滿能量的反應(yīng)一路爆炸到地球表面。并將這個被磨得“傷痕累累”的鉆石從525千米的深處噴射到地球表面，最后被巴西捷那的鉆石礦工發(fā)現(xiàn)。

尖晶橄欖石的發(fā)現(xiàn)純屬意外。皮爾森和他的合作作者當(dāng)時其實是在尋找測定鉆石年代的方法。研究人員認為小心翼翼的準(zhǔn)備樣本是發(fā)現(xiàn)更多尖晶橄欖石的關(guān)鍵，因為加熱位于地球深處的鉆石——這往往是科學(xué)家磨光晶體用于分析的常用手段——會導(dǎo)致橄欖石變形?！拔覀冋J為其他研究人員可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了尖晶橄欖石，但由于他們準(zhǔn)備樣本的方式，導(dǎo)致尖晶橄欖石又變回低壓的形式?！?/p>

地幔里有什么？

地球的部分體積由地幔組成，地幔是介于地殼和地心之間的炙熱巖石層，它太深無法鉆孔，組成部分一直是個謎。目前科學(xué)家們只有兩個線索來探測地幔：隕石和火山爆發(fā)升起的巖石?？茖W(xué)家們認為地幔組成成分類似于球粒狀隕石，其主要成分是橄欖石；火山噴發(fā)的巖漿有時候會擊打地幔，從而導(dǎo)致古怪礦物質(zhì)塊的產(chǎn)生，這暗示著在地球深處橄欖石所要經(jīng)歷的高溫高壓。

最近幾十年，研究人員在實驗室環(huán)境里再造了地幔環(huán)境，通過朝橄欖石發(fā)射激光，用巨大的槍射擊礦物質(zhì)，壓縮鉆石砧骨之間的巖石以模擬地球內(nèi)部環(huán)境。實驗室研究表明，橄欖石會在地球不同深度變形成不同的形式。最新的晶體形式能夠忍受日益增加的壓力。地震波速度的改變也支持了這一模型。地震波會在地球特定深處忽然加速或減速。研究人員認為加速區(qū)產(chǎn)生于橄欖石正在改變結(jié)構(gòu)的一層。例如，520至600千米深處，也即地震波速度突變的地方，橄欖石會變成尖晶橄欖石。但到目前為止，還沒有直接的證據(jù)表明在這樣的深處，橄欖石就是尖晶橄欖石。

地球的局部橫截面顯示地幔里尖晶橄欖石的位置。

“很多人，包括我自己，都沒有設(shè)想過能夠看到這樣的樣本。來自過渡區(qū)和低層地幔的樣本是非常罕見的，在那里只發(fā)現(xiàn)了少數(shù)罕見的鉆石?！?德國拜羅伊特地球化學(xué)家漢斯·開普勒（Hans Keppler）這樣說道。

地球最深的海洋

最新發(fā)現(xiàn)的鉆石證實了這個模型是正確的：在這樣的深度橄欖石就是尖晶橄欖石，這一層被稱為地幔過渡區(qū)。它解決了有關(guān)地幔過渡區(qū)里存在水的長久爭論。尖晶橄欖石有1.5%的水，但不是以液體而是以氫氧離子的形式存在。這項結(jié)果表明在地幔過渡區(qū)（410-650千米深處）可能儲存了大量的水?！八D(zhuǎn)換了大量的水，接近于全世界海洋存在的水的總量?！?皮爾森說道。

板塊運動推動和拉動海洋地殼板進入俯沖區(qū)從而導(dǎo)致地殼再循環(huán)，地殼板進入俯沖區(qū)后沉入地幔，海洋地殼帶著水進入地幔。“我認為地幔過渡區(qū)里很大一部分的水來自這些海洋地殼板塊。”皮爾森說道?！斑^渡區(qū)似乎是俯沖板塊的墳?zāi)埂！?/p>

開普勒表示，將地球深處的鉆石帶至表面的火山噴發(fā)可能也抽取了罕見的富含水的地幔部分樣本，同時，并不是所有的過渡區(qū)都如尖晶橄欖石所暗示的那么潮濕?！叭绻麕r漿的來源是罕見的地幔蓄水池，那么有可能在其他過渡區(qū)里，尖晶橄欖石包含的水遠比皮爾森和同事發(fā)現(xiàn)的樣本里的水要更少?！遍_普勒說道?！叭欢鶕?jù)這個樣本，不含水或者含水較少的過渡區(qū)模型似乎有點不切實際?！?/p>

這項發(fā)現(xiàn)被發(fā)表在3月12日的期刊《自然》上。（編譯/嚴炎劉星）