地幔深处有水吗?

在美国西北大学的一个保险柜内,保存着一批特殊的钻石。这些未经过抛光和切割的钻石原石远没有珠宝行里的成品钻石闪耀,甚至有些就像碎石子一样,但对科学家来说,这些来自巴西的钻石原石中含有的水透露了一个惊人的秘密——在地幔深处,可能隐藏着地球的“第五大洋。”
地幔深处迷雾重重
地球从外到内分为地壳、地幔和地核,而地幔又由上地幔和下地幔组成,两者之间有一段过渡带。地幔大约有2900千米厚,约占地球体积的83%。
人们已知,上地幔的某些区域是含水的,其中一部分颇具流动性,正是如此才有了岩浆、有了火山喷发。不过,即使是上地幔,其主要成分也是橄榄石,而橄榄石并不能结合多少水。因此,上地幔有水,但不多。至于上地幔之下的地幔深处是否也有水,科学家全然不知。
在地幔过渡带(位于上、下地幔之间)上层,高温高压会使橄榄石的结构改变,成为瓦兹利石。
到了地幔过渡带下层,瓦兹利石又会变成林伍德石。
理论上,瓦兹利石的晶格会出现空隙。氢原子可以钻进这些空隙中,随时准备与瓦兹利石中本身就有的氧原子结合,形成水。因此,在科学家看来,瓦兹利石里含独立的氢原子,也就代表其中有“水”。
理论上,林伍德石的“水”容量可达其重量的1%~3%。乍一聽这个比例很小,但要知道过渡带厚达250千米,其重量占地球的7%(地壳只占1%),这样一算,说过渡带中可能藏着堪比海洋的水,似乎并非空穴来风。

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本文刊登于《大自然探索》2024年1期
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