水可不只是在地球表面，上地幔有，下地幔也有？

稀有鑽石表明地球內部暗藏的水源比科學家預測的還要深

鑽石中的礦物包含林伍德石、頑火輝石和鐵方鎂石。（圖源：Nathan D. Renfro and Tingting Gu）

一種稀有鑽石表明，水或許可以比科學家以前認爲的更加深入地滲透到地球的內部。

地球表面已有70%被水覆蓋，而地表之下200多英里（合322公里）的礦物中也有水，就連地幔這層地殼 "漂浮 "在上面的半可塑層也不例外。科學家們長期以來一直認爲，當上地幔過渡到更熱、更密集的下地幔時，礦物中的水分含量就會大幅減少。

然而，2022年9月26日發表於《自然地球科學期刊》的一項新研究中，研究人員在一種鑽石中發現了疑似其他礦物的微小碎片的內含物，這種鑽石或存在於上地幔和下地幔的邊界，可以容納更多的水。該結果表明，地球上的水可能比科學家想象的更深，這可能會影響我們對深層水循環和板塊構造的理解。 它們可以容納更多的水，並且似乎存在於上地幔和下地幔的邊界。該結果表明，地球上的水可能比科學家想象的更深，這可能會影響我們對深層水循環和板塊構造的理解。

研究的主要作者顧婷婷（音）表示，這些結果是出乎意料的。顧婷婷在紐約市美國寶石學會擔任研究員時參與了這項研究，目前她是印第安納州普渡大學的一名礦物物理學家。

顧婷婷和她的同事檢查了IaB型鑽石，這種鑽石來自博茨瓦納的卡羅韋礦，極其罕見。它形成於地下深處，長期以來藏於地下。爲了研究這種鑽石，他們使用了 "非破壞性 "的分析形式，包括拉曼顯微光譜，即使用激光無創地揭示材料的物理特性；以及X射線衍射，即在不切開鑽石的情況下觀察其內部結構。

顧婷婷說，在鑽石的內含物中，研究人員發現了一種叫做林伍德石的礦物，它的化學成分與橄欖石相同，是上地幔的主要材料，但只在極端的溫度和壓力下形成，直到2014年，科學家纔在隕石樣本中發現它。研究作者指出，林伍德石通常被發現在上地幔和下地幔之間的過渡區，大約在地球表面以下255到410英里（合410到660公里）之間。

布里奇曼石和鐵方鎂石是下地幔的主要礦物，而新發現的林伍德石的含水量遠高於它們。

但是，林伍德石周圍的礦物不同於通常過渡區的礦物，而是下地幔的典型礦物形式。由於這些包裹林伍德石的礦物保留了礦物在地球深處時的特性，研究人員可以找到這些礦物所承受的溫度和壓力；他們估計這些礦物的深度約爲地表下410英里（合660公里），接近這段過渡區的邊緣。分析進一步顯示，在水合或水飽和環境中，林伍德石有可能正處於分解過程，且會分解爲更接近下地幔礦物，這項發現暗示了水可能可以從過渡區一直滲透入下地幔。

這顆1.5克拉鑽石的內含物可以證明在下地幔中形成的礦物。（圖源：Tingting Gu）

研究團隊指出，儘管以前的研究已經在鑽石內含物中發現了一些來自下地幔的礦物形式，但是這個內含物中的材料組合是獨一無二的。研究人員們表示從以前的發現來看，他們暫時無法確定這些礦物是否暗示了下地幔中存在含水礦物。因爲沒有人直接對地球表面下約7英里（合11公里）的岩石進行過採樣，所以目前發現的是來自地球地幔的少數礦物來源之一。

顧婷婷表示，這些結果可能對理解深部水循環或地球表面和深部之間的水循環具有重要意義。

顧婷婷還指出：“如果水可以儲存在更深的地方，水循環的時間尺度實際上會更長。”這意味着如果水被儲存在地下深處，它需要更長的時間進行更新。

這些發現也可能影響板塊構造的模型。顧婷婷表示，她希望科學家能夠將這項研究的結果納入到關於地幔中的水如何影響地球內部對流電流等過程的模型中。這種電流通過不均勻地加熱地球的地幔，導致較熱的部分上升並在數百萬年內移動地球的板塊。

儘管存在內含物有時被視爲使鑽石不太理想的瑕疵，但顧婷婷認爲它們可以提供寶貴的科學信息。

顧婷婷說：“如果你買的鑽石中有內含物，別緊張，你永遠不會知道那會是什麼。”

BY:Rebecca Sohn

FY:洲

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