“地幔”稀有钻石显示地幔或含有大量水

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参考消息网10月3日报道 据《科学美国人》月刊网站9月26日报道，来自博茨瓦纳的一颗宝石级钻石上有一处美丽的蓝色瑕疵，这实际上是来自地球内部深处的一块微小碎片——它表明，地幔中含有大量的水。

这处瑕疵的术语是包体，看起来像鱼眼——中心呈深蓝色，被“白雾”包围。但它实际上是来自地下660公里处——位于上、下地幔的边界——的一小块尖晶橄榄石。

这是科学家第二次在来自该区域的一块晶体中发现这种矿物。目前据科学界所知，不存在与该样本同类的样本。前一个样本在人们试图分析其化学成分时被毁。

地幔地球化学家、加拿大艾伯塔大学的博士后研究员苏齐特·蒂默曼并非发现这个新样本的团队的一员。她说：“超深钻石极为罕见，有包体的超深钻石更罕见。”她还说，发现具有尖晶橄榄石包体的超深钻石更加令人难以置信。

这一发现显示，地球的这一极深区域是湿润的，那里的矿物储存着大量的水。尽管这些水以化学方式同矿物的结构绑定在一起，不会像真正的海洋那样四处流动，但可能在地幔熔化的过程中发挥着重要作用。这继而又会影响大规模的地质活动，比如板块构造和火山活动。例如，水可以促进地幔上涌区域——即“地幔柱”——的发展，而“地幔柱”同火山活动有关。

这一小块包裹在钻石中的地幔物质是矿物物理学家顾婷婷（音）发现的。发现该物质时，她正在美国宝石学院从事研究。她的工作是研究在钻石中发现的罕见包体。

对珠宝来说，包体是不受欢迎的，因为它们会遮住钻石的光芒。但科学家往往对它们感兴趣，因为它们将钻石形成时所处环境的碎片保存了下来。

绝大多数钻石形成于地表以下大约150至200公里处。但也有少数钻石形成于地下更深处。顾及其同事9月26日在英国《自然·地球科学》月刊发表的一份研究报告中说，通常很难弄清钻石形成时所处的深度，但这一新样本这方面的信息倒是不难确定。尖晶橄榄石只能在极高的压力下形成。虽然在地壳中找不到这种矿物，但它有时会出现在曾在宇宙中遭受重大损伤的陨石中。在地幔中，能形成尖晶橄榄石的压力存在于最深达660公里的区域。另一个地球尖晶橄榄石样本——有人2014年在一颗钻石中发现了它——据说是在这一深度往上135公里的范围内形成的。在这个新包体中发现的另外两种矿物——铁方镁石和顽辉石——只能在地下660公里及更深处一起出现。这样一来，研究人员就确定了这颗钻石的形成地点。

这个深度很重要，因为它恰好是两层地幔之间的边界——在这里，穿过地球内部的地震波会神秘地改变速度。尖晶橄榄石的锁水能力比铁方镁石和顽辉石更好，因此当它在这一边界处经历变化时，它可能会释放大量的水。或许矿物发生的变化和释放的水导致了地震波以不同的方式穿越这个地区。

这个尖晶橄榄石包体中含有少量水，这些水与构成这种矿物的分子结合在一起，和2014年的样本一样。这一点很重要，因为尽管先前在实验室做的实验显示地幔可以储存大量的水，但几乎没有能证明这一点的直接证据。蒂默曼说，2014年发现的尖晶橄榄石是第一个线索，而这第二个样本提供了更有说服力的证据。如果地幔过渡区里的这种矿物确实浸透了水，那么储存在地球深处的水很可能多过地表水。蒂默曼说：“如果只有一个样本，可能只存在一个局部的含水区域。而现在有了第二个样本，这就不只是一种单一现象。这可能是普遍现象。”

矿物学家奥利弗·乔纳说，下一步是弄清这些水来自哪里。乔纳曾是一个团队的成员，该团队2018年在超深钻石中发现了一种以高压形式存在的水冰，但他没有参与这项新研究。

研究人员知道，当大洋板块被板块构造运动推入地幔时，大洋板块会携带水，但研究人员为这些水能到达多深的地方争论不休。

还有一种可能性是，自地球形成以来，水就一直在那里。弄清水在地球深处和表面之间循环的方式有助于解释地球在其45亿年的历史中如何发展成这样一个含水的行星。

乔纳说，为了获得更多信息，研究人员需要分析这个新包体中的微量元素。未来，他们还可能在钻石中找到更多的来自地幔深处的尖晶橄榄石。顾说，那将是一个幸运的突破——这一次的发现也是。她又说：“如果有人拿着钻石向你求婚，而你发现钻石中有包体，别拒绝。”

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