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钻石探测地下隐秘海洋

2019-10-06来源:中国水产网

地球表面由陆地和海洋组成,海洋的面积占了整个地表的70%左右。海洋的水与地球上的生命息息相关。

但其实,地球表面的深处也潜伏着一片海洋,这是一个秘密的水世界。那么我们是怎么知道它的存在的呢?这要从一颗颗钻石开始说起。

不过,这里提到的钻石是带有杂质的钻石。在珠宝行业,这些钻石一文不值,但对地质学家们来说,这些钻石却非常重要。

钻石探测地下隐秘海洋

来自地球内部的信使

我们每天看到和接触到的地表只是地球的一小部分,地球的内部其实有着复杂的结构。地球的中心是富含铁和镍等金属元素的地核,在地表和地核之间的是地幔,它包含着一层可以流动的岩浆,而这里就是钻石形成的地方。在高温、高压的情况下,碳元素会生成天然钻石,这些天然钻石形成的时候,会将附近地幔中的一些物质困在它们的立体结构中。然后,天然钻石会带着这些物质来到地表,提供给我们一个直接观察地球深处物质的好机会。

不过,钻石的地表之旅并不容易。虽然地幔中的钻石可以通过山系形成的过程缓慢上移,但是它们还没到达地表有可能就会变成石墨。因为在高温但压力变小的环境下,钻石就会变成结构更简单的石墨。只有通过火山喷发的过程,直接从深层地幔来到地表的钻石才能保持完整。由于这些钻石的硬度高、上升速度又很快,钻石内部的夹杂物(地幔物质)才能被完整地保留下来。

钻石探测地下隐秘海洋

钻石内部的冰

几十年来,科学家们一直在研究钻石,以了解我们脚下的世界。2018年3月,由美国内华达大学教授奥利弗·茨科纳领导的团队,在对一颗从非洲提取的钻石进行扫描时,发现了一种令人出乎意料的物质——冰。

通常,冰在寒冷的环境下才会形成,它怎么会出现在钻石的内部呢?

实际上,水分子(氢原子和氧原子)连结会形成固态的冰,但连结的方式不只有一种,也就是说,冰不只有一种结构,在极端的温度和压力下,冰会呈现出更奇特的结构。但正常情况下,自然界只有一种冰,即我们最常见到的那种。除了这种最常见的六边形结构的冰之外,科学家还在实验室里制造出了16种不同结构的冰,并将它们以序号命名,比如:冰Ⅱ、冰Ⅲ等。

这次在钻石中发现的冰是冰Ⅶ,它是一种呈立方体结构的冰,科学家们通过实验验证,得到冰Ⅶ的形成条件:由液态水在室温和30亿帕的压力下形成,30亿帕约为大气压强的30000倍。这是科学家们首次在自然条件下发现其他结构的冰。科学家们推测冰Ⅶ与钻石不是同时生成的,当钻石还在地下数百千米处时,高温让水无法结晶形成冰,液体一直被困在钻石中,直到钻石从地底喷出,来到地表。此时,钻石仍保持着很高的内部压力,而温度却下降了,液态水便成了冰Ⅶ。

当然,不只这一颗钻石中含有冰Ⅶ,科学家们在出产于中国、南非、扎伊尔(非洲)和塞拉利昂(非洲)的钻石中均发现了冰Ⅶ的存在,这些钻石证明了地球内部有液态水的存在。科学家推测,如果我们将地底钻石中的水挤出来,水的总量可能和地表海洋中水的总量差不多,地球的深处也有一个特殊的海洋。

钻石探测地下隐秘海洋

地球水的来源

科学家们认为含冰的钻石也许可以帮助我们更加了解地球,比如,它为我们理解地球上水的来源提供了一些帮助。

一直以来,关于地球水的来源众说纷纭,科学家们提出了许多的假说,其中最具代表性的是“外源说”和“内源说”。外源说认为,地球上的水来自于彗星和小行星,它们的成分是水和星际尘埃,彗星撞击地球会带来大量的水,而含有水的小行星坠落在地球上形成陨石,也会带给地球一定量的水。经过数亿年的累积,这些水汇聚成了今天的江河湖海。内源说认为,在地球形成之初,其内部曾包含非常丰富的氢元素,它们后来与地幔中的氧元素发生了某些化学反应,并最终形成了水。随着火山的不断喷发,地球内部的水分被释放到大气中和散布在地球的各处,并渐渐形成了地表的湖泊、江河和海洋。

钻石探测地下隐秘海洋

虽然上述的两种假说是目前的主流,但是无论哪一种都没有确凿的证据。既然地球的内部可能含有大量的水,那么内源说也许更具说服力?

其实也不一定,因为地球是由不同的板块构成的,这些板块缓慢地运动着,当它们碰撞时,除了挤压形成山脉外,某部分板块也会被推入地幔的深处,这部分地壳携带着冰冷又潮湿的岩石深入地幔。如果是大洋板块被推入地幔,那么它还会携带来自海底的水,这些沉入地幔的物质也许是地球内部水的来源。

目前,我们仍不能完全确定地球内部水的总量、来源和其他可能的结构。不过,科学家们将继续通过各种方式探索地球内部,这些方式包括观察那些奇异的天然钻石。

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