科學網—地幔深處或有水

2020-12-02 科學網

 

新證據表明地表下數百公裡處或存在水。圖片來源：Claus Lunau/Science Source

本報訊 對地表下數百公裡噴出的天然鑽石進行的一項分析顯示，在地球深處可能存在著大量的水。這項研究還發現了一種被稱為「冰七」的奇特形式的結晶水，這表明物質在地球內部的某些深度可以比之前想像的更加自由地循環。

科學家說，關於這種循環的地球物理模型可能需要進行大的調整——這種循環最終會影響到由地球表面構造板塊的摩擦引發的地震頻率。這些模型同時還有助於科學家估算地球表面和進入太空的熱量流動長期速率。

並未參與該項研究的美國華盛頓哥倫比亞特區卡內基科學研究所地球化學家Steven Shirey說：「這些鑽石似乎正在證實地球深處發生的一切，並帶來一些新的驚喜。」他認為，最大的驚喜之一是，在地表下600多千米以下存在游離水的證據。

純鑽石是由碳構成的，但它們大多數都含有微小的雜質，並以微小晶體的形式存在。拉斯維加斯市內華達大學礦物學家Oliver Tschauner說，這些內含物為寶石形成的方式和地點提供了線索。例如，在2016年的一項研究中，科學家在數十顆大而清晰的鑽石中發現了富含金屬的內含物，意味著這些寶石是在液態金屬的包裹中形成的。

在這項最新研究中，Tschauner及其同事分析了來自中國和非洲的3塊鑽石，發現其內部包裹著「冰七」。這是水的一種晶體，密度大於普通的冰，通常在高壓下才能生成。

地幔中的高溫高壓使碳元素結晶形成鑽石，偶爾會將周圍的塵埃或液體雜質包裹進去。鑽石隨火山活動上升到地表，內部雜質成為人類研究地幔深處物質的獨特窗口。除了「冰七」，這3塊鑽石還包裹著含鎂方解石、巖鹽和富含碳的液體等。

分析顯示，410千米至660千米深處的地幔轉換帶富含液態水，660千米至800千米深處的下地幔上層可能也是如此。這是迄今在地球最深處發現的水，也是首次發現地幔轉換帶含水的直接證據，相關論文發表在新一期美國《科學》雜誌上。

地球分為地殼、地幔和地核3個圈層。地殼和地核兩者之間是厚約2900千米的地幔。由於不同深度的構造不同，地幔呈現分層結構，地幔轉換帶將上地幔和下地幔隔開。

科學家認為，地殼碎塊下沉到地幔中時，會將大量海水帶下去，在地幔轉換帶釋放出來。地幔轉換帶中是否含有大量的水，關係到地幔中的熱量傳遞、巖石的物理和化學變化，新發現對研究地球內部活動有著重要意義。

以色列耶路撒冷市希伯萊大學地幔地球化學家Oded Navon指出，在上地幔和下地幔之間的邊界存在水流，肯定會影響地幔中產生熱量的方式和位置。例如，這樣的水狀液體可以更容易地從地幔的一部分到另一部分攜帶某種形式的易溶解的放射性元素。而這可能會影響到地幔熱產生的放射性衰變的位置，而這反過來又會使加熱區域變得不那麼黏滯，從而更容易滑動。從長期來看，所有這些變化都可能影響到熱量從地球內部釋放的速度。

Tschauner及其團隊認為，地幔不同層位的物質成分的變化可能會影響到地球內部熔化和釋放礦物質的構造板塊的位置與構造。例如，地球內部的密度和黏性會影響到下沉板塊達到中性浮力的水平。這反過來又會影響到板塊如何熔化及釋放出其所攜帶的水和其他礦物質。總的來說，該團隊的新發現可能會帶來地球深處不同深度的更為精確的模型。（趙熙熙）

《中國科學報》 (2018-03-12 第2版 國際)

相關焦點

  • 地心深處有水嗎?下地幔660公裡深,為什麼會「進水」?
    地球上有大量的液態水，這使她在宇宙中顯得如此特別。水影響著氣候和地貌，孕育了萬物，滋養了生命。然而水對地球的作用還遠遠不止這些，它還參與了地球內部的巖漿活動、地幔對流等。我們日常生活中接觸不到這些地心深處的水，而科學家在火山爆發時，可以從巖漿中找到一些從地心噴出來的水。
  • 地幔深處有可能發現生命
    一個多世紀以來，獲取地幔樣品一直是科學家孜孜以求的重要目標。　　英國《新科學家》雜誌網站近日在報導中指出，朝地幔進發這一野心勃勃的計劃可與人類登上月球相提並論，利用地幔樣品揭開地幔的「面紗」有望讓我們更好地了解地球的奧秘、地震的起源、火山噴發等現象，我們甚至有可能在地幔深處發現生命。
  • 地幔中的水比海洋總和還要多?探尋隱藏在地球深處的海洋
    然而對於像傑克布森這樣的研究人員來說，這些被鎖在鑽石內部的晶體碳碎片相當珍貴，其中的礦物微粒形成於地下數百公裡的地幔深處。博科園-科學科普：其中一些礦物微粒甚至難以被顯微鏡觀測到，與此同時它們也給研究人員提供了勘探地球內部的機會。2014年研究人員觀測到這些礦物質中含有某種不起眼的物質——水，但由於水出現的地點尤為特殊，這讓研究變得十分有趣。
  • 水氧化還原揭示地幔深部化學新世界—新聞—科學網
    北京高壓科學研究中心研究員胡清揚和劉錦通過雷射加熱及同步輻射X射線衍射技術，發現下地幔主要成分之一的鐵方鎂石遇到水或含水礦物時，會發生化學反應生成一種新的礦物相併釋放出氫氣
  • 地幔深處亮晶晶:含鑽巖石的神秘起源
    首先，金伯利巖巖漿必定富含水和二氧化碳，只有這樣才能解釋它的猛烈噴發以及相關角礫巖筒的存在——角礫巖筒是一種可以從地表向下延伸一公裡以上的圓錐或管狀結構。其次，部分金伯利巖只能在地幔極深處形成，因為金伯利巖金剛石中夾雜著地球表面無法穩定存在的礦物成分。這些礦物包括鐵尖晶橄欖石2和布氏巖3。
  • 鑽石揭示地球地幔深處可能存在液態水
    一位內華達大學拉斯維加斯分校的科學家首次發現了一個直接的證據，證明地球地幔深達500英裡（804公裡）處可能存在液態水窪。內華達大學拉斯維加斯分校的地球科學家Oliver Tschauner和他的同事們的開創性研究發現。從地球內部挖掘出來的鑽石含有一種獨特的結晶水，稱為Ice-VII。
  • 人類首次打穿地殼與地幔邊界 探尋地球深處秘密
    首次打穿地幔邊界 探尋地球深處的秘密 我們離地心還有多遠？目前，人類雖尚無法抵達地球內部，但也正在一點一點往地球更深處探索。　　近日，來自美國、英國、中國等12個國家的30名科學家準備在西南印度洋中脊一處名為「亞特蘭蒂斯淺灘」的地方，進行一次大洋鑽探活動，這次活動將是人類歷史上首次打穿地殼與地幔的邊界。
  • 劉希軍:破解地幔深處的密碼
    吾生也有涯，而知也無涯。在自然界中、在地球上、在地底深處，隱藏著無數的秘密，吸引著科學家們求知、發掘。帶著對這些未知的憧憬，劉希軍一直在科研生涯中不懈求索，並從未停止自己的腳步。人類賴以生存的地球大約有46億歲，地球的內部圈層結構由地殼、地幔和地核三個圈層組成，它們的結構比例可以用一個煮熟的雞蛋來形象比喻，地殼是像蛋殼一樣的很薄的一層，地幔就是蛋清這一層，最裡面的蛋黃是地核。自20世紀60年代以來，地質學家和地球化學家一直在研究地幔成分及其演化機制。
  • 物理學家從地幔深處揭秘兩億年前的高山大洋
    在全球構造板塊的交界處，大洋深處的板塊正在逐漸消失在地幔中，這不僅是地殼周期性運動的一部分，而且也是塑造當今這個星球的最重要原因之一。其中最直接的效果就是如今日本島的形成以及安第斯山脈的火山活動。在地球科學工作者眼中，這一過程稱為俯衝，現在，他們正致力於重建數億年前的海底面貌及其兩側的山脈地形。
  • 科學家在西太平洋找到接近「地幔柱假說」例證—新聞—科學網
    自近半個世紀前「地幔柱假說」被提出後，常被用來解釋巨大洋底高原和一系列有年齡序列的海山鏈成因。這個假說假設一個來自上千公裡地幔深部的地幔上湧體，從深部上升到淺部後形成了巨大量的巖漿。地幔柱的啟動方式非常類似於一個原子彈的引爆過程，形成洋底高原的地幔柱「頭」相當於引爆過程的蘑菇雲頂部，形成海山鏈的地幔柱「尾巴」相當於蘑菇雲的頸。
  • 水一定是固態液態和氣態嗎?在馬裡亞納海溝深處的水是另一種形態
    引言：在我們的認知中，水的形態有三種，分別是固態、液態和氣態。水之所以能夠在這三種形態中自由變化，是因為環境中的溫度、氣壓等因素在發揮作用。除此之外科學家還在世界上最深的馬裡亞納海溝發現了水的第四種形態，它就是超臨界形態。
  • 科學家印度洋鑽探地殼:與地幔「親密接觸」
    儘管本輪鑽探要超過以外，最終達到地幔，但由於鑽探的都是堅硬的巖石層，也不會有什麼危險。就是「觸摸」到地幔也沒有問題，研究發現，地幔又可分成上地幔和下地幔兩層，儘管上地幔頂部存在一個軟流層，但軟流層以上的地幔，也就是上地幔的頂部也是巖石圈的組成部分，在巖石圈中鑽孔不會有什麼問題，這種「腹腔手術」不會導致地球「肚子」裡的巖漿噴發出來。何況，現在的鑽孔也都有現代科技的密切跟蹤和監控。
  • 地球深處有兩個巨型結構,地幔下有氧氣源,地表下還有巨大海洋
    文/瑤堇雲詩地球深處有兩個巨型結構，地幔下有氧氣源，地表下還有巨大海洋對於我們生存著的這個地方，人類到目前為止都沒有研究的全面，儘管對宇宙的研更加吸引人們的注意，所以少有人會知道，人類同樣的對地球的內部研究也沒有中斷過，早再很多年前就發現，地球可不是空心的，除了地殼以上，在其下面還有軟流圈、巖石圈、上下地幔以及內外核，所以人類也在對它們進行著研究。
  • 西媒:地幔深處蘊藏巨大水庫 水量或超海洋總和
    據西班牙《趣味》月刊2014年11月號文章，在地下400到600公裡的地幔深處蘊藏著一個巨大水庫，水量可能超過地球上所有海洋的總和。證明地下隱藏著一個巨大水庫的證據源自2008年在巴西馬託格羅索州一個礦藏中發現的一種叫尖晶橄欖石的親水礦物，這種礦物來自地幔上下兩層間的過渡帶。尖晶橄欖石通常會表明某一個地方的地下是否含水。
  • 在鑽石裡發現地球最深處的水 中國地質大學教授成果亮相《科學》
    中國地質大學教授沈錫田跟國外科學家們合作，在鑽石裡面發現了一種特殊的水——冰七，這是迄今為止在地球最深處發現的水，對於研究地球內部活動有著重要意義。這項成果日前發表在國際頂尖期刊《科學》雜誌上。沈錫田教授發表的論文為《鑽石中的冰七包體：地球深部地幔中含水的證據》，他與來自美國內華達大學、加州理工學院等的科學家們，一起使用高解析度X射線衍射儀，分析了來自中國和非洲的7塊鑽石。從鑽石的微小包體中，他們發現了一種特殊的冰——冰七，這是迄今為止在地球最深處發現的水，也是首次發現地幔轉換帶含水的直接證據。冰七是一種奇特形式的結晶水，密度大於普通的冰，通常在高壓下才能生成。
  • 地球深處:比珠峰還要高的山峰 還有奇怪的地幔團塊
    這些巖層被上升的熱巖柱撕裂，而在這些熱巖柱之下有兩個奇怪的小塊，大小和澳大利亞差不多，位於地核的頂端，一個在非洲下面，另一個在太平洋下面。Romanowicz說：「我們越發明白，這和標準的卡通漫畫根本不一樣。對地球動力學家來說，這是一場徹底的革命。」被這些斑點搞糊塗了這些地幔小團因其對地表生命的影響而具有特殊的意義。
  • 地幔以下或藏巨大水庫:超出地面海洋總和
    ■探索　　科學家發現地幔下有個巨大水庫，認為它可能比地球上所有海洋的總和還大。加拿大研究人員說，對一種罕見礦物的分析表明，在地下400到600公裡的地幔深處有個巨大水庫。　　這和有150年歷史的小說《地心之旅》遙相呼應。法國科幻小說先驅儒勒-凡爾納在這部小說中說，在地球深處有一片茫茫大海。加拿大研究人員在《自然》雜誌上說，證明地下隱藏著一個巨大水庫的證據來自一種叫尖晶橄欖石的親水礦物，而這種礦物來自地幔上下兩層間所謂的過渡帶。
  • 通過這6件事情解讀地幔
    這樣，地幔的研究就是地震學家、電腦程式員和實驗室研究人員的三方協作，利用類似於鑽石對頂砧(DAC)一樣的高壓實驗設備，就能夠再現地幔任何地方的環境條件。在高壓下，礦物和巖石在高壓下會發生改變，例如，普通的礦物橄欖石在410到660千米深處變成不同的晶體形態。
  • 對比珠峰上水的沸點變低，馬裡亞納海溝深處的水還是液體嗎？
    而事實上在海拔高的地方水會變成什麼樣，其實我們大家還是比較清楚的，畢竟目前世界上最高的山峰珠穆朗瑪峰也是有人類活動蹤跡的，只要去問一問那些到過高原地區的人，就已經能夠知道個大概了。人類目前雖然在深潛技術方面已經有了越來越大的發展，但是最多也就只能夠下潛到馬裡亞納海溝，海面下11,000米的地方而已。這對於人類來說已經算是一個不錯的成績了，但是也沒能達到最深處的1/10。而即便只是1/10的深度，人類就已經發現了那裡環境的惡劣之處。
  • 對比珠峰上水的沸點變低,馬裡亞納海溝深處的水還是液體嗎?
    可是相對的，在更深的地方，水究竟會有怎樣的形態變化呢？這是人類目前所不得而知的，因為我們目前所能夠到達的深度極為有限，而人類歷史上唯一一次到達過萬米海溝的記錄也到如今為止都沒能夠有人打破，因此這樣的問題是很難得到驗證的。那麼我們現在不妨提出個問題，在人類已知的世界最深處馬裡亞納海溝當中，水究竟會是什麼形態呢？