這顆鉆石包含一小片名為尖晶橄欖石的橄欖石礦物質,這是首次在地球表面除隕石和實驗室內發現的礦物質。尖晶橄欖石只在極端壓力的情況下產生,例如地幔525千米深處的壓碎載荷。這種鉆石一般都會被拋棄,因為沒有任何商業價值。但是對于地球科學家來說,這些寶石提供了一窺地球深處的罕見機會。
“金伯利巖的噴發類似于將曼妥思薄荷糖放入可樂里(會產生可樂噴泉的現象,可樂會涌出達到10米的高度)。”皮爾森說道。這種充滿能量的反應一路爆炸到地球表面。并將這個被磨得“傷痕累累”的鉆石從525千米的深處噴射到地球表面,最后被巴西捷那的鉆石礦工發現。
尖晶橄欖石的發現純屬意外。皮爾森和他的合作作者當時其實是在尋找測定鉆石年代的方法。研究人員認為小心翼翼的準備樣本是發現更多尖晶橄欖石的關鍵,因為加熱位于地球深處的鉆石——這往往是科學家磨光晶體用于分析的常用手段——會導致橄欖石變形。“我們認為其他研究人員可能已經發現了尖晶橄欖石,但由于他們準備樣本的方式,導致尖晶橄欖石又變回低壓的形式。”
地幔里有什么?
地球的部分體積由地幔組成,地幔是介于地殼和地心之間的炙熱巖石層,它太深無法鉆孔,組成部分一直是個謎。目前科學家們只有兩個線索來探測地幔:隕石和火山爆發升起的巖石�?茖W家們認為地幔組成成分類似于球粒狀隕石,其主要成分是橄欖石;火山噴發的巖漿有時候會擊打地幔,從而導致古怪礦物質塊的產生,這暗示著在地球深處橄欖石所要經歷的高溫高壓。
最近幾十年,研究人員在實驗室環境里再造了地幔環境,通過朝橄欖石發射激光,用巨大的槍射擊礦物質,壓縮鉆石砧骨之間的巖石以模擬地球內部環境。實驗室研究表明,橄欖石會在地球不同深度變形成不同的形式。最新的晶體形式能夠忍受日益增加的壓力。地震波速度的改變也支持了這一模型。地震波會在地球特定深處忽然加速或減速。研究人員認為加速區產生于橄欖石正在改變結構的一層。例如,520至600千米深處,也即地震波速度突變的地方,橄欖石會變成尖晶橄欖石。但到目前為止,還沒有直接的證據表明在這樣的深處,橄欖石就是尖晶橄欖石。
“很多人,包括我自己,都沒有設想過能夠看到這樣的樣本。來自過渡區和低層地幔的樣本是非常罕見的,在那里只發現了少數罕見的鉆石。” 德國拜羅伊特地球化學家漢斯-開普勒(Hans Keppler)這樣說道。
地球最深的海洋
最新發現的鉆石證實了這個模型是正確的:在這樣的深度橄欖石就是尖晶橄欖石,這一層被稱為地幔過渡區。它解決了有關地幔過渡區里存在水的長久爭論。尖晶橄欖石有1.5%的水,但不是以液體而是以氫氧離子的形式存在。這項結果表明在地幔過渡區(410-650千米深處)可能儲存了大量的水。“它轉換了大量的水,接近于全世界海洋存在的水的總量。” 皮爾森說道。
板塊運動推動和拉動海洋地殼板進入俯沖區從而導致地殼再循環,地殼板進入俯沖區后沉入地幔,海洋地殼帶著水進入地幔。“我認為地幔過渡區里很大一部分的水來自這些海洋地殼板塊。”皮爾森說道。“過渡區似乎是俯沖板塊的墳墓。”
開普勒表示,將地球深處的鉆石帶至表面的火山噴發可能也抽取了罕見的富含水的地幔部分樣本,同時,并不是所有的過渡區都如尖晶橄欖石所暗示的那么潮濕。“如果巖漿的來源是罕見的地幔蓄水池,那么有可能在其他過渡區里,尖晶橄欖石包含的水遠比皮爾森和同事發現的樣本里的水要更少。”開普勒說道。“然而,根據這個樣本,不含水或者含水較少的過渡區模型似乎有點不切實際。”
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