一颗罕见的钻石让我们得以一窥地球内部可能存在的水世界

如果没有水，地球就不再是我们熟知和喜爱的家园——毕竟，地球 70% 的表面都被这种维持生命的液体覆盖。虽然地表的水更容易被看到和研究，但在我们的脚下还存在着一种更神秘的深水循环。这一过程也被称为地质水循环，描述了地球表层和第二层地幔之间的水交换。更离奇的是，水合矿物可以将海水输送到地球深处，然后通过火山爆发或其他地震活动释放到地表。

深层水循环一直是科学家难以完全理解的，特别是因为已知最深的钻孔（用于寻找石油或水的狭窄人造孔）只能达到 7.5 英里深。然而，昨天发表在《自然地球科学》杂志上的一项新研究表明，地球下地幔中存在比他们之前认为的更深的水环境。

研究小组着眼于过渡区 (TZ)，该区位于地球下方约 254 至 410 英里处，是上地幔和下地幔的分界线。该区域承受着巨大的压力，足以导致矿物橄榄石 (也称为橄榄石) 改变其晶体结构。橄榄石约占地球上地幔的 70%，因此这种变化对矿物和地幔的化学结构都具有重大影响。

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研究作者、法兰克福歌德大学地球科学研究所教授弗兰克·布伦克在一份媒体发布会上表示：“这些矿物转变极大地阻碍了地幔中岩石的运动。”布伦克指出，从深层地幔上升的热岩柱（称为地幔柱）有时会在 TZ 下方停止。

“俯冲板块通常很难突破整个过渡区。所以欧洲地下的这个区域有一大堆这样的板块墓地，”布伦克说。

为了寻找水存在的证据，研究小组分析了一颗非常稀有的钻石，这颗钻石是从地表以下 410 英里处开采出来的。这颗宝石级钻石是在博茨瓦纳的卡罗韦矿发现的。

研究合著者顾婷婷告诉《大众科学》 ，在美国宝石学院 (GIA) 担任研究员期间，团队对这颗钻石的成因及其聚集的氮缺陷感到好奇。“我们对它们的成因很好奇。”

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在钻石内部，研究小组发现其周围有内含物。这些是其他矿物的微小碎片，可以容纳更多的水，比如林伍德石。林伍德石常见于 TZ 中。围绕着这种令人惊讶的林伍德石的矿物形式通常在下地幔中发现，而不是在 TZ 中发现的矿物。作者称，林伍德石可以比被认为主导下地幔的矿物（如布里奇曼石和铁方镁石）包含更多的水。钻石的包裹使矿物的性质保持完整，研究人员能够破译出钻石存在于 TZ 外边界附近。

研究结果表明，地球深处可能存在水，比科学家们此前认为的要深，这可能有助于我们进一步了解板块构造和神秘的深水循环。研究小组对极其罕见的 Iab 型钻石（含氮量高达 500 ppm 的钻石，在自然界中仅占 0.1%）采用了“非破坏性”分析方法，包括可以揭示物理特性的非侵入性激光和无需将其打开即可检查闪亮岩石内部结构的 X 射线衍射。

“出乎意料的是，我们在这颗钻石中发现了林伍德石矿物。这只是第二次在钻石中发现林伍德石。更重要的是，林伍德石矿物与地球深层内部形成的另外两种关键矿物共存，并伴有含水相。综合起来，它们确定了这颗钻石的起源位于地球 660 公里以外，那里的环境仍然潮湿，”顾（现就职于普渡大学）告诉PopSci。

早在 2014 年，人们就在 TZ 的一颗钻石中首次发现了含水林伍德石。Brenker 也参与了这项研究，但由于样本量太小，团队无法确定这颗钻石的精确化学成分。尚不清楚这颗微小的矿物碎片是否能很好地代表下地幔的地质构成，因为该钻石中的水分也可能来自“奇异的化学环境”。这项研究中使用的博茨瓦纳较大的钻石足够大，科学家可以确定其精确的化学成分，并证实了初步结果。