地幔深处或有水 有助开发更精确地球物理模型

新证据表明地表下数百公里处或存在水。图片来源：Claus Lunau/Science Source

对地表下数百公里喷出的天然钻石进行的一项分析显示，在地球深处可能存在着大量的水。这项研究还发现了一种被称为“冰七”的奇特形式的结晶水，这表明物质在地球内部的某些深度可以比之前想象的更加自由地循环。

科学家说，关于这种循环的地球物理模型可能需要进行大的调整——这种循环最终会影响到由地球表面构造板块的摩擦引发的地震频率。这些模型同时还有助于科学家估算地球表面和进入太空的热量流动长期速率。

并未参与该项研究的美国华盛顿哥伦比亚特区卡内基科学研究所地球化学家Steven Shirey说：“这些钻石似乎正在证实地球深处发生的一切，并带来一些新的惊喜。”他认为，最大的惊喜之一是，在地表下600多千米以下存在游离水的证据。

纯钻石是由碳构成的，但它们大多数都含有微小的杂质，并以微小晶体的形式存在。拉斯维加斯市内华达大学矿物学家Oliver Tschauner说，这些内含物为宝石形成的方式和地点提供了线索。例如，在2016年的一项研究中，科学家在数十颗大而清晰的钻石中发现了富含金属的内含物，意味着这些宝石是在液态金属的包裹中形成的。

在这项最新研究中，Tschauner及其同事分析了来自中国和非洲的3块钻石，发现其内部包裹着“冰七”。这是水的一种晶体，密度大于普通的冰，通常在高压下才能生成。

地幔中的高温高压使碳元素结晶形成钻石，偶尔会将周围的尘埃或液体杂质包裹进去。钻石随火山活动上升到地表，内部杂质成为人类研究地幔深处物质的独特窗口。除了“冰七”，这3块钻石还包裹着含镁方解石、岩盐和富含碳的液体等。

分析显示，410千米至660千米深处的地幔转换带富含液态水，660千米至800千米深处的下地幔上层可能也是如此。这是迄今在地球最深处发现的水，也是首次发现地幔转换带含水的直接证据，相关论文发表在新一期美国《科学》杂志上。

地球分为地壳、地幔和地核3个圈层。地壳和地核两者之间是厚约2900千米的地幔。由于不同深度的构造不同，地幔呈现分层结构，地幔转换带将上地幔和下地幔隔开。

科学家认为，地壳碎块下沉到地幔中时，会将大量海水带下去，在地幔转换带释放出来。地幔转换带中是否含有大量的水，关系到地幔中的热量传递、岩石的物理和化学变化，新发现对研究地球内部活动有着重要意义。

以色列耶路撒冷市希伯莱大学地幔地球化学家Oded Navon指出，在上地幔和下地幔之间的边界存在水流，肯定会影响地幔中产生热量的方式和位置。例如，这样的水状液体可以更容易地从地幔的一部分到另一部分携带某种形式的易溶解的放射性元素。而这可能会影响到地幔热产生的放射性衰变的位置，而这反过来又会使加热区域变得不那么黏滞，从而更容易滑动。从长期来看，所有这些变化都可能影响到热量从地球内部释放的速度。

Tschauner及其团队认为，地幔不同层位的物质成分的变化可能会影响到地球内部熔化和释放矿物质的构造板块的位置与构造。例如，地球内部的密度和黏性会影响到下沉板块达到中性浮力的水平。这反过来又会影响到板块如何熔化及释放出其所携带的水和其他矿物质。总的来说，该团队的新发现可能会带来地球深处不同深度的更为精确的模型。