稀有钻石表明地球内部暗藏的水源比科学家预测的还要深

钻石中的矿物包含林伍德石、顽火辉石和铁方镁石。（图源：Nathan D. Renfro and Tingting Gu）

一种稀有钻石表明，水或许可以比科学家以前认为的更加深入地渗透到地球的内部。

地球表面已有70%被水覆盖，而地表之下200多英里（合322公里）的矿物中也有水，就连地幔这层地壳 "漂浮 "在上面的半可塑层也不例外。科学家们长期以来一直认为，当上地幔过渡到更热、更密集的下地幔时，矿物中的水分含量就会大幅减少。

然而，2022年9月26日发表于《自然地球科学期刊》的一项新研究中，研究人员在一种钻石中发现了疑似其他矿物的微小碎片的内含物，这种钻石或存在于上地幔和下地幔的边界，可以容纳更多的水。该结果表明，地球上的水可能比科学家想象的更深，这可能会影响我们对深层水循环和板块构造的理解。 它们可以容纳更多的水，并且似乎存在于上地幔和下地幔的边界。该结果表明，地球上的水可能比科学家想象的更深，这可能会影响我们对深层水循环和板块构造的理解。

研究的主要作者顾婷婷（音）表示，这些结果是出乎意料的。顾婷婷在纽约市宝石学会担任研究员时参与了这项研究，目前她是印第安纳州普渡大学的一名矿物物理学家。

顾婷婷和她的同事检查了IaB型钻石，这种钻石来自博茨瓦纳的卡罗韦矿，极其罕见。它形成于地下深处，长期以来藏于地下。为了研究这种钻石，他们使用了 "非破坏性 "的分析形式，包括拉曼显微光谱，即使用激光无创地揭示材料的物理特性；以及X射线衍射，即在不切开钻石的情况下观察其内部结构。

顾婷婷说，在钻石的内含物中，研究人员发现了一种叫做林伍德石的矿物，它的化学成分与橄榄石相同，是上地幔的主要材料，但只在极端的温度和压力下形成，直到2014年，科学家才在陨石样本中发现它。研究作者指出，林伍德石通常被发现在上地幔和下地幔之间的过渡区，大约在地球表面以下255到410英里（合410到660公里）之间。

布里奇曼石和铁方镁石是下地幔的主要矿物，而新发现的林伍德石的含水量远高于它们。

但是，林伍德石周围的矿物不同于通常过渡区的矿物，而是下地幔的典型矿物形式。由于这些包裹林伍德石的矿物保留了矿物在地球深处时的特性，研究人员可以找到这些矿物所承受的温度和压力；他们估计这些矿物的深度约为地表下410英里（合660公里），接近这段过渡区的边缘。分析进一步显示，在水合或水饱和环境中，林伍德石有可能正处于分解过程，且会分解为更接近下地幔矿物，这项发现暗示了水可能可以从过渡区一直渗透入下地幔。

这颗1.5克拉钻石的内含物可以证明在下地幔中形成的矿物。（图源：Tingting Gu）

研究团队指出，尽管以前的研究已经在钻石内含物中发现了一些来自下地幔的矿物形式，但是这个内含物中的材料组合是独一无二的。研究人员们表示从以前的发现来看，他们暂时无法确定这些矿物是否暗示了下地幔中存在含水矿物。因为没有人直接对地球表面下约7英里（合11公里）的岩石进行过采样，所以目前发现的是来自地球地幔的少数矿物来源之一。

顾婷婷表示，这些结果可能对理解深部水循环或地球表面和深部之间的水循环具有重要意义。

顾婷婷还指出：“如果水可以储存在更深的地方，水循环的时间尺度实际上会更长。”这意味着如果水被储存在地下深处，它需要更长的时间进行更新。

这些发现也可能影响板块构造的模型。顾婷婷表示，她希望科学家能够将这项研究的结果纳入到关于地幔中的水如何影响地球内部对流电流等过程的模型中。这种电流通过不均匀地加热地球的地幔，导致较热的部分上升并在数百万年内移动地球的板块。

尽管存在内含物有时被视为使钻石不太理想的瑕疵，但顾婷婷认为它们可以提供宝贵的科学信息。

顾婷婷说：“如果你买的钻石中有内含物，别紧张，你永远不会知道那会是什么。”