一颗饱经摧残、从“地狱”之旅中幸存下来的钻石证实了一个长期以来的理论：地球地幔蕴藏着相当于海洋的水量。
“这实际上证实了在地球深处一个非常独特的层中，确实存在着非常非常大量的水，”首席研究作者、加拿大阿尔伯塔大学的地球化学家格雷厄姆·皮尔逊说。该研究结果于今日（3月12日）发表在《自然》杂志上。
这颗看起来毫无价值的钻石包裹着一块微小的橄榄石矿物，称为林伍德石，这是首次在地球表面上发现陨石或实验室以外的林伍德石。林伍德石仅在极端压力下形成，例如地幔深处约 320 英里（515 公里）处的巨大压力。
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地幔里有什么？
地球的大部分体积是地幔，即地壳和地核之间的热岩层。由于太深而无法钻探，地幔的成分仍然是一个谜，但有两个线索：陨石和火山喷发出的岩石块。首先，科学家认为地球地幔的成分与称为球粒陨石的陨石相似，球粒陨石主要由橄榄石组成。其次，火山喷发的熔岩有时会触及地幔，带出奇异的矿物块，这些矿物暗示了橄榄石在地球内部所承受的强烈高温和压力。
近几十年来，研究人员还在实验室中重现了地幔环境，用激光照射橄榄石，用巨型枪支射击矿物，并在金刚石压砧之间挤压岩石，以模拟地球内部。
这些实验室研究表明，橄榄石会变形为多种形式，这些形式与其发现的深度相对应。新的晶体形式适应了不断增加的压力。地震波速度的变化也支持了这种模型。地震波在地幔的某些深度会突然加速或减速。研究人员认为，这些速度带是由橄榄石不断变化的结构引起的。例如，在 323 到 410 英里（520 到 660 公里）深处，在两个急剧的速度断裂之间，橄榄石被认为会变成林伍德石。但直到现在，还没有人直接证据表明橄榄石在该深度实际上是林伍德石。[信息图：地球是由什么构成的？]
“大多数人（包括我）从未期望看到这样的样本。来自过渡带和下地幔的样本极其稀有，仅在少数不寻常的钻石中发现，”德国拜罗伊特大学的地球化学家汉斯·开普勒在今天发表在《自然》杂志上的一篇评论中写道。
地球最深处的海洋
来自巴西的这颗钻石证实了模型的正确性：橄榄石在该深度是林伍德石，该层称为地幔过渡带。它解决了关于地幔过渡带中水的长期争论。林伍德石的含水量为 1.5%，不是以液态形式存在，而是以氢氧根离子（氧分子和氢分子结合在一起）的形式存在。结果表明，在地幔过渡带中可能存在大量的水，地幔过渡带从 254 英里到 410 英里（410 公里到 660 公里）深处延伸。
“这转化为非常非常大量的水，接近于世界海洋中存在的水的质量，”皮尔逊告诉《生命科学》的“我们神奇的星球”栏目。
板块构造通过将大洋地壳板块推入和拉入俯冲带来回收地球地壳，在那里它沉入地幔。这种被海洋浸透的地壳将水输送到地幔中。许多板块最终滞留在地幔过渡带。“我们认为地幔过渡带中很大一部分水来自这些板块的就位，”皮尔逊说。“过渡带似乎是俯冲板块的墓地。”
开普勒指出，将深层钻石带到地球表面的火山喷发可能采样了地幔中异常富水的部分，并非所有过渡带层都可能像林伍德石所显示的那样潮湿。
“如果岩浆的来源是一个不寻常的地幔储层，那么有可能在过渡带的其他地方，林伍德石所含的水少于皮尔逊及其同事发现的样本，”开普勒写道。“然而，鉴于这个样本，贫水或缺水的过渡带模型似乎相当不可能。”
乘坐火箭
一种称为金伯利岩的猛烈火山喷发迅速将这颗特殊的钻石从地幔深处带出。“金伯利岩的喷发类似于将薄荷糖投入苏打水瓶中，”皮尔逊说。“这是一个非常剧烈、充满气体的反应，它会爆炸到地球表面。”
这颗微小的绿色晶体，因其 325 英里（525 公里）的地面之旅而伤痕累累，是从巴西 Juína 的钻石矿工那里购买的。该矿的超深钻石因其漫长的旅程而形状不规则且破旧。“它们看起来真的像是从地狱走了一遭又回来了，”皮尔逊说。他说，这些钻石通常被丢弃，因为它们没有商业价值，但对于地球科学家来说，这些宝石提供了罕见的窥视地球内部的机会。[闪耀：令人眼花缭乱的矿物标本照片]
林伍德石的发现是偶然的，因为皮尔逊及其合著者实际上是在寻找确定钻石年代的方法。研究人员认为，仔细的样品制备是找到更多林伍德石的关键，因为加热超深钻石（科学家抛光晶体进行分析时会发生这种情况）会导致橄榄石改变形状。
“我们认为其他研究人员之前可能已经发现了林伍德石，但他们制备样品的方式导致它变回了低压形式，”皮尔逊说。
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