深入地球内部有助于科学家揭示钻石形成的秘密

了解全球碳循环为科学家提供了关于地球宜居性的重要线索。

这就是为什么与金星相比，地球气候稳定，二氧化碳含量低。金星位于失控的温室中，表面温度较高，二氧化碳浓度较高。

金星和地球的主要区别之一是地球上有活跃的板块构造，这使得我们的环境在太阳系中独一无二。

但是大气、海洋和地壳只是故事的一部分。占地球体积75%的地幔可能比所有其他储层的总和还多。

碳是有机生命的重要组成部分之一，通过俯冲带入地球，从而大大降低了固体地幔的熔点，从而在浅地幔中形成碳酸盐熔体(富碳熔融岩)，为地表火山提供燃料。碳酸盐矿物也可能被输送到地球更深处，到达下地幔，但接下来会发生什么还不确定。

回答这个问题充满了挑战——地球深处的极端条件和地幔中很少的样本。解决方案是在实验室中使用复杂的技术重现这些条件。

现在，布里斯托尔大学的一组实验地球科学家已经做到了。他们的研究成果发表在《地球与行星科学》的公开信中，揭示了碳酸盐矿物通过洋壳俯冲(地球上一个构造板块滑入另一个板块之下)运入地幔时发生的新线索。

他们的发现发现了1000多公里深的碳酸盐俯冲的障碍。碳酸盐会与海洋地壳中的二氧化硅发生反应，形成钻石，在地质时间尺度上储存在地球深部。

地球科学学院的James Drewitt博士解释说：“碳酸盐矿物在整个地球的下地幔中是否保持稳定，如果没有，是什么压力/温度变化触发了这些矿物之间的反应？他们长什么样？这些都是我们想要找到答案的问题，而获得这些答案的唯一途径就是重现地球内部的条件。”

Drewitt博士和他的团队使用激光加热的金刚石砧座对合成碳酸盐岩施加非常高的压力和温度，这相当于地球深处高达90 GPa(约90万个大气压)和2000摄氏度的条件。他们发现碳酸盐岩在1000-1300千米的深度保持稳定。

在这种条件下，碳酸盐然后与周围的二氧化硅反应，形成一种叫做桥锰矿的矿物，它形成了地球地幔的大部分。反应释放的碳以固体二氧化碳的形式存在。随着周围的高温地幔最终加热俯冲板块，这种固体二氧化碳被分解成超深的钻石。

德雷维特博士补充说：“最终，超深的钻石可能会在上升的地幔柱中返回地表，这可能代表了我们在地表发现的超深钻石的来源之一，这提供了我们唯一的直接证据：地球深处。

“这令人兴奋，因为人类能钻的最深深度约为12公里，还不到地壳深度的一半。与地球地幔的巨大规模相比，后者显得苍白无力，后者延伸到近3000公里的深度。”

该团队使用金刚石砧盒产生与这些深度相同的压力，然后将样品装入显微镜下由金属垫圈钻出的压力室，然后将它们压在宝石级明亮式切割金刚石砧之间。然后，这些样品的晶体结构在牛津郡的英国同步加速器设施中通过X射线衍射进行分析。

德雷维特博士现在计划将这些高压高温实验和先进的计算机模拟技术应用于其他矿物和材料，并补充说：“除了碳，还有许多海洋价值将被输送到深地幔，以及何时释放，这将导致地球上地幔和下地幔的融化。

“然而，由于我们不知道它们的成分或物理性质，我们无法完全测试或理解这种富含水的熔融岩石的动态行为的当前模型。我们在极端条件下的实验和先进的计算机模拟将有助于解决这些问题。”

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