来自地球内部660km深度的钻石，竟然指示了地球深部是富水环境

地球是一个不规则的球体，地球半径是指从地球中心到其表面（平均海平面）的距离。平均大约3959英里(6371.393千米)。最近，科学家对一颗产于博茨瓦纳卡罗韦（Karowe）矿区, 1.5ct宝石级IaB型金刚石中的矿物包裹体进行了系统研究，地球内部660km竟然是富水环境，你相信么？

一、地球的内部结构

根据地震波在地球内部的传播特点，地球内部有两个重要的波速不连续界面：莫洛霍维奇不连续面（简称莫霍面）和古登堡不连续面（简称古登堡面）。

1、地壳：莫霍面以上至地表部分。在大陆，地壳厚度可达18公里，在大洋，地壳厚度一般是8公里。地壳中岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

2、地幔：莫霍面至古登堡面之间的部分 ① 质量大，是地球的主体部分；② 70km至250km之间存在软流圈，物质部分熔融(1%~10%)，具较强塑性或流动性，是岩浆的重要发源地；③ 地幔岩由相当于超基性岩的物质组成，主要矿物成分可能是橄榄石和一部分辉石与石榴子石。

3、地核：古登堡面（2885km）至地心部分。 (1) 主要由铁、镍和少量硅、硫等元素组成； (2) 密度高；(3) 进一步分为外核、过渡层和内核，外核呈液态，内核呈固态，过渡层呈液体-固体过渡状态。

那么，这个钻石的深度660km大体属于上地幔部分。

二、660km地下的基本特征

地幔过渡带与下地幔边界是地球结构中一个非常重要的区域，在地震学中也被称为660 km不连续带，在地震波随深度变化的图谱中，剪切波与冲击波在此处均发生跳跃性增加。地球深部物质在此边界发生强烈的物质交换和热循环，并对地幔对流和地球动力学过程产生重要影响。

在此边界，水的存在状态和循环方式不仅决定了下地幔干燥或潮湿的环境，还对水在地球深部的存储、循环以及水在地表的储量有深远影响。

三、钻石如何指示地下660km特征

科学家们分析了来自卡劳矿（博茨瓦纳）的一种稀有型IaB宝石钻石中的矿物内含物。发现在多相包含中回收的下地幔矿物+铁解酶+低镍矿（MgSiO3）。

通过拉曼光谱以及原位X射线单晶衍射，科学家们对该金刚石中十多种矿物包裹体进行了无损分析，发现该金刚石所含矿物组分例如斜方辉石、铁方镁石、橄榄石等与地幔橄榄岩较为一致。

在一颗形似鱼眼的矿物包裹体中（图10），拉曼光谱显示在介于深色及半透明矿物之间具有林伍德石（ringwoodite）的803cm-1和839cm-1的振动光谱，伴随有高频区3673cm-1的OH振动峰以及4090cm-1的氢分子振动峰。

科学家们使用电子探针测试了出露该金刚石表面的铁方镁石化学成分，获得其Mg值为84。铁方镁石中较高的Ni含量也表明其较深的形成环境，因为在高压下Ni更倾向于在铁方镁石中分布。

通过对林伍德石-布里奇曼石-方镁铁矿中化学成分的分析，基于热力学计算，作者计算出该矿物相在平衡时的温度为1655 (±200) °C，位于~23.5 GPa，对应于660公里不连续的深度。

综上所述，在660公里的水饱和环境中，林木岩（∼Mg1.84Fe0.15SiO4）分解为桥褐铁矿（∼Mg0.93Fe0.07SiO3）和铁包解酶（∼Mg0.84Fe0.16O），表明围岩成分和水合条件至少从过渡带延伸到下地幔。

四、有何意义

常言道，上天容易入地难，这一研究发现了来自地幔过渡带与下地幔边界的矿物组合，该研究为认识上、下地幔边界的组成及性质提供了直接证据。

原文链接：https://www.toutiao.com/article/7148409843341115919