2021年,在西澳大利亚发现的“钻石中的钻石” 图片来源:Wikipedia
形成后的钻石,物理性质极其稳定。即使在地下深处高温高压的环境下,也几乎不会发生改变,因此包含在其中的包裹体也可以保持原本的状态。随着火山喷发,地下深处的钻石被带到地表,成为我们研究地球深部物质的唯一来源。根据钻石中的包裹体,我们可以得知钻石形成时的环境,分析地球深处的物质组成,探究地球内部的秘密。
2022年1月15日,汤加(Tonga)火山爆发。正是伴随着这种火山爆发,地球深部的物质才能被带到地表,钻石就是其中最重要的一员 图片来源:Wikipedia
带“馅”的钻石,科学家的最爱在众多的物质中,作为生命之源的水,最令科学家们着迷。地球上的水,无时无刻不在进行着循环:江河湖海的水,在蒸发作用下进入大气形成云,云遇冷凝结变成降水又回到了大地,山川草木涵养了降水,水顺着土壤、岩石渗入地下,在岩土体的孔隙中经过漫长的运动又成为泉水勃勃喷涌而出,周而复始——这是地表水循环(又称水循环)。
地表水循环(又称水循环)的过程 图片来源:USGS
地表水循环,滋养了生命,为动植物提供了生命活动所必备的水源。然而,在地表水循环之外,还存在着一个“深部水循环”:在板块运动的作用下,水随着俯冲的海洋板块进入地球内部,一直到达地幔深处,然后因岩浆活动重回地面。相关分析表明,地幔中的水量可能是地表海水体积的1/4~4倍。
水随着俯冲的板块进入地下(标号5),在软流圈甚至更深处运动(标号1),最终伴随着火山喷发(标号3)、大洋中脊(标号12)和岛弧(标号15)回到地表 图片来源:Wikipedia
但是,地球内部的环境极其复杂。在高温高压的作用下,矿物大多呈脱水状态,储水能力很有限。地球深处真的有水吗?它们到底在哪儿?以什么样的形式存在?我们如何才能见到地球内部的水呢?
如今人类钻探所能达到的地下最深处也不过只有12千米,根本没法获取地球内部的物质。所幸,大自然为我们提供了一个来自地球深部的信使——钻石。携带着包裹体的钻石,就如同一个时间胶囊,穿越时间与空间,把地球内部的信息传递给我们。
2014年,科学家们在一颗来自巴西的钻石中发现了一种尖晶橄榄石(ringwoodite)包裹体,这种包裹体具有很强的储水能力。这颗钻石来自地下410千米-660千米之间的转换带(Transition Zone),证明至少在转换带的局部地区有水存在。