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地底鑽石藏有結晶水份「冰七」 或助了解地球內部結構

2018/3/9 — 16:36

研究隊伍成功從地底深處發現的鑽石中發現礦物——「冰七 (ice-VII) 」。發現將有助揭開地球地幔部份秘密。

地幔由三層組成:上度地幔、過渡帶和下部地幔組成。地幔擁有少量水份,但科學家估計中間的過渡帶擁有易溶礦物 (soluble minerals),或水份或比上層多 10 倍。地質學家收集了源自南非、扎伊爾、塞拉利昂和中國等地雜質較高的鑽石,部份鑽石於地底 610–800 公里深的過渡帶中形成。

鑽石只由碳組成,但在形成過程中可能會困著結晶狀物質。而這類雜質可能蘊藏不少地幔及其礦物的秘密。研究人員將 X 光照射到鑽石樣本, X 光照射到鑽石時會被反彈。透過測量光線活動,科學家可了解當中的礦物成份。從樣本發現,鑽石中存有由高壓形成的水晶狀冰 (ice crystal) ——「冰七」。冰七可在實驗室製造,但今次則是首次發現天然而成的冰結晶。

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研究人員認為,當鑽石在地幔過渡帶形成時,或將同一區域的液態水困著。雖然地幔壓力較大,但水份受制於地幔高溫,鑽石困著的水份難以結晶化。之後的地質活動開始令鑽石從過渡帶向上移動。鑽石仍然受壓,但環境溫度下降使困著的水份得以結晶化,成為冰七。

在地幔中發現有水份存在並非新鮮事。之前也曾發現以化學鍵存在於地幔,稱為水合礦物 (hydrated mineral) 的水份。特別之處是科學家首次從地幔中,發現到凝結為冰的水份。換言之,過渡帶有機會存有自由流動的水份。然而,此研究仍未能確認地幔中存有多少水份。

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未有參加研究的地球化學家 Katie Kelley 向《Gizmodo》表示,是次發現相當有趣。她指出,以往研究一般認為「沉降」至地球內部的構造板塊較乾燥 (bone dry)。研究結果可能意味著,有部份水份隨地球地質活動進入地幔。她指出,今次研究改變了我們對地球地表和內部水份平衡的看法。

另一位未有參與研究的地球化學家 Oded Navon 亦向《科學》表示,過渡帶中存有的水份會影響到熱力怎樣,以及在哪裡產生熱能。他指出,水份可以讓放射性元素在地幔間流動。元素移動也即代表水份可改變因元素衰變時發熱的位置。研究人員相信,此發現將會幫助科學家進一步揭開地球內部秘密,建構出模型以解釋地球地底機制。 

來源:
Gizmodo, Ice Crystals in Diamonds Reveal Pockets of Water Deep in Earth's Mantle, 9 March 2018

報告:
Tschauner, O., Huang, S., Greenberg, E., Prakapenka, V.B., Ma, C., Rossman, G.R., ...  & Tait, K. (2018). Ice-VII inclusions in diamonds: Evidence for aqueous fluid in Earth’s deep mantle. Science, 359, 6380. DOI: 10.1126/science.aao3030

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

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