摘要：據(jù)美國生活科學(xué)網(wǎng)站報道，科學(xué)家日前在《自然》周刊發(fā)表了一篇文章稱，他們發(fā)現(xiàn)了一種罕見的礦物質(zhì)，該礦物質(zhì)顯示出我們腳下410千米~650千米深處的地幔內(nèi)部存在大量的水。這種罕見的礦物質(zhì)便是尖晶橄欖石。

 

        據(jù)美國生活科學(xué)網(wǎng)站報道，科學(xué)家日前在《自然》周刊發(fā)表了一篇文章稱，他們發(fā)現(xiàn)了一種罕見的礦物質(zhì)，該礦物質(zhì)顯示出我們腳下410千米~650千米深處的地幔內(nèi)部存在大量的水。這種罕見的礦物質(zhì)便是尖晶橄欖石。

 

      尖晶橄欖石的由來，2008年，巴西捷那的鉆石礦工發(fā)現(xiàn)了一種被稱作“棕色鉆石”的石頭。后來科學(xué)家獲得了這塊石頭，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其中含有細(xì)微尖晶橄欖石蹤跡，這是地球上存在這種極為罕見巖石的*個證據(jù)。

 

      “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’。”該項研究的首席作者、加拿大阿爾伯塔大學(xué)地球化學(xué)家格拉哈姆·皮爾森如是說。

 

      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，它卻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，可樂涌出高度可達(dá)10米)。”皮爾森說道。這種充滿能量的反應(yīng)一路爆炸至地球表面，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，*后被巴西的鉆石礦工發(fā)現(xiàn)。

 

      尖晶橄欖石的發(fā)現(xiàn)純屬意外。皮爾森和他的合作者當(dāng)時其實是在尋找測定鉆石年代的方法。研究人員認(rèn)為小心翼翼地準(zhǔn)備樣本是發(fā)現(xiàn)更多尖晶橄欖石的關(guān)鍵，在加熱位于地球深處的鉆石時(這往往是科學(xué)家磨光晶體用于分析的常用手段)，橄欖石出現(xiàn)變形。“我們認(rèn)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)備樣本的方式不同，從而導(dǎo)致尖晶橄欖石又變回低壓的形式。”

 

      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，因此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(rèn)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。

 

      *近幾十年，研究人員在實驗室再造了地幔環(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)部的環(huán)境。實驗研究表明，橄欖石會在地球不同深度變形成不同的形式。*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(rèn)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，520千米~600千米的深處，即地震波速度突變的地方，橄欖石會變成尖晶橄欖石。但是截至目前，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。

 

      “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·開普勒說。

 

      *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，但不是以液體形式存在，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)(410千米~650千米深處)可能儲存著大量的水。“它轉(zhuǎn)換了大量的水，接近于**海洋存在的水的總量。”皮爾森說。

 

      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(rèn)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。“過渡區(qū)似乎是俯沖板塊的墳?zāi)埂?rdquo;

 

      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。“如果巖漿的來源是罕見的地幔蓄水池，那么有可能在其它過渡區(qū)里尖晶橄欖石包含的水遠(yuǎn)比皮爾森和同事發(fā)現(xiàn)的樣本里的水要少。”開普勒說道。“然而，根據(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。”