分析稀有钻石，科学家：地球内或存在水世界

目前人类所能钻探到的地下最深处距离可能存在一个水环境的地质层还差得很远。（Shutterstock）

为了寻找深层地下水的证据，一个团队分析了一颗来自地表以下410英里处的极其稀有的钻石。这颗宝石级钻石是在博茨瓦纳（Botswana）的Karowe矿发现的。对这颗极其稀有钻石的分析表明地幔中存在一个水环境，而且比以前设想的更深。

如果没有水，地球就不会成为我们喜爱的家园。毕竟，地球表面的70%都覆盖着维持生命的水。虽然地表水更容易观察和研究，但在我们脚下却流淌着更为神秘的深层地下水，叫做深层水循环，也叫地质水循环，是指水在地表层面和地幔层（地下第二层）之间的交汇。甚至，水合矿物质可以将海水输送到地球深处，然后通过火山喷发或其它地震活动释放到地表。

科学家们很难完全理解深层水循环过程，特别是因为已知最深的钻孔（用于寻找石油或水的狭窄人造孔）只能深入至7英里半。然而，9月27日发表在《自然地球科学》杂志上的一项新研究表明，地幔中存在一个水环境，比以前设想的更深。

研究小组观察了过渡带，它位于地表下约254至410英里处，位于上地幔和下地幔之间的分界线上。该区域承受着巨大的压力——足以使矿物橄榄石（olivine，也叫peridot）改变其晶体结构。橄榄石约占地幔的70%，因此这种变化对矿物和地幔的化学结构均具有重大意义。

“这些矿物转变极大地阻碍了地幔中岩石的运动，”研究作者、法兰克福歌德大学地球科学研究所的弗兰克‧布伦克（Frank Brenker）教授在9月26日的一份媒体新闻稿中说。布伦克指出，从地幔深处升起的热岩柱（称为地幔柱）有时会停在过渡带的下方。

该研究合著者顾婷婷（Tingting Gu，音译）告诉《大众科学》（Popular Science）杂志，她在美国宝石学院（GIA）担任研究员期间，该团队对这颗钻石的起源及其聚集的氮缺陷深感好奇。

研究小组发现：钻石内部含有其它矿物质，这些微小的矿物质可以容纳更多的水分，例如林伍德石（Ringwoodite），常见于地下过度带。

这组作者说，与被认为支配下地幔的其它矿物质（如桥锰矿bridgmanite和铁方镁石ferropericlase）相比，林伍德石所含的水分要多得多。钻石的外壳保持了矿物的完整特性，研究人员能够破译钻石存在于过度带边界外围附近。

研究结果表明，深层地下水可能比科学家之前认为的更深，这可能会加强我们对板块构造和神秘的深层水循环的理解。该团队对极其稀有的实验室培育的钻石（含氮量高达500ppm，在自然界中仅占0.1%）使用“非破坏性”分析方式，包括非侵入性激光和X光透视，来查看钻石的内部结构以揭示其物理特性，而无需将其切开。

“不出所料，我们在这颗钻石中发现了林伍德石，而这只是第二次在钻石中发现它，更重要的是，发现它与地球深处形成的另外两种关键矿物共存，并且全都含有水分。这就证明，这颗钻石来自地下660公里处，那里的环境仍然潮湿，”顾婷婷（现在就职于普渡大学）告诉《大众科学》。

早在2014年，就在过度带的一颗钻石中首次发现含有林伍德石。布伦克也参与了当时的研究，但由于样本太小，无法精确地确定其化学成分。目前尚不清楚这颗钻石是否很好地代表了下地幔的地质构成，因为该钻石的含水量也可能来自“奇异的化学环境”。目前新研究中使用的这颗钻石大到足以让科学家去确定其精确的化学成分，并证实了初步的结果。