一颗形成于地球地幔深处的钻石包含一种以前从未在自然界中见过的矿物。这一发现是罕见的一瞥，让我们得以窥探地球深处的地幔，并可能有助于揭示关于地球在超过 660 公里深度结构的新的信息。反过来，这可以帮助地质学家更好地了解地幔如何控制地球的板块构造。
矿物钙钛矿硅酸钙仅在地球深处发生的极高压力下形成。内华达大学拉斯维加斯分校的矿物学家奥利弗·查纳说，新发现的样本可能形成于地表以下 660 至 900 公里之间。虽然这种矿物以前曾在实验室中使用 20 吉帕斯卡的压力（几乎是大气压的 20 万倍）合成过，但当它从人工高压环境中移除时，立即恢复为另一种形式。因此，研究人员认为，从地幔中提取天然存在的钙钛矿硅酸钙是不可能的。“我们认为，找到它的机会非常低，以至于我们从未真正积极地寻找它，”查纳说。
因此，当他和他的同事分析来自博茨瓦纳奥拉帕的钻石中的缺陷时，发现三小点微小的钙钛矿硅酸钙，这真是一个惊喜。硅酸钙以其他形式存在，包括地壳中的硅灰石以及地幔中下部的布雷伊石。但是，这个版本具有明显的立方晶体结构，这表明它与那些版本的矿物不同。查纳和他的同事将这种新矿物命名为“davemaoite”，以纪念地质学家毛河光（Ho-Kwang “Dave” Mao），他进行了一些开创性的实验，使用金刚石作为压机，在地球表面实验性地产生类似地幔的压力。他们于周四在《科学》杂志上宣布了这一发现。
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地球科学家可以根据地壳中存在的物质，对地幔的组成有一个大致的了解，因为地幔和地壳中的岩石是相连的：构造运动在数百万年的时间里使岩石和矿物在层之间上下移动。然而，当矿物离开下地幔的高压和酷热温度时，它们会发生变形和变化。钻石是进入这个区域的唯一直接窗口，因为它们不会变形。它们形成于地表以下至少 150 公里处，有些起源于深达 1,000 公里处。钻石的晶体结构由纯碳组成，但它们在形成过程中经常会吸收周围环境的微小碎片。由于钻石非常坚硬，即使在钻石上升到地壳并被矿工开采出来时，它们也可以在高压下密封这些微小的“包裹体”。在耶路撒冷希伯来大学研究钻石和深地幔的地质学家奥德·纳冯说：“钻石不会让任何东西进入或流出，”“它真是一个完美的封闭盒子。”但他没有参与davemaoite的鉴定。
博茨瓦纳钻石中 davemaoite 的含量极少，三小点中的每一点仅宽约 5 到 10 微米。查纳和他的同事使用 X 射线分析了这些包裹体，然后用激光钻入其中两个，将材料汽化，并通过一种称为质谱仪的装置发送，以确定构成这些样本的元素。他们发现 davemaoite 含有惊人的高含量钾；查纳说，这可能有助于在深地幔矿物在地表停留期间稳定它。卡内基科学研究所的地球化学家费英伟说，高钾含量也暗示了一种在全球范围内“传送带”，在地球化学家费英伟撰写的一篇为《科学》杂志上的新研究撰写的社论中，但并未参与这项研究。钾在深地幔中不是主要存在，但它很可能在地壳板块俯冲带中随着地壳板块一起在那里移动，在俯冲带中，一个构造板块被推到另一个板块之下。
查纳说，钾的一种形式是放射性的，davemaoite 还含有少量放射性元素，如钍和铀，这些元素不容易被构成下地幔的其他矿物吸收。查纳说，这很重要，因为这些元素的衰变约占地球内部产生热量的三分之一。根据更接近地球表面的矿物浓度推断，地球科学家怀疑 davemaoite 约占下地幔的 5% 到 7%。但查纳补充说，这种矿物可能分布不均匀。正因为如此，富含铀和钍的 davemaoite 矿穴可能在某些地方占主导地位——这可能解释了为什么地幔的某些部分比其他部分更热。这些热点有助于驱动地幔中的循环，从而驱动板块构造，因此矿物浓度的微小变化可能会对我们星球的表面产生重大影响。这些变化也可能揭示更多关于地球地壳与其下地幔之间联系的信息，或许有助于解释元素如何在它们之间迁移。查纳说，这是一个才刚刚成为可能的研究领域。“拥有仍然存在的来自下地幔的真实矿物，对于这类研究来说是一个相当新的方向，”他补充道。