实验证明地幔过渡带岩石熔融释放水分子 或改写地球海洋构成理论
法国科幻小说先驱儒勒•凡尔纳在《地心之旅》这部小说中说，在地球深处有一片茫茫大海，在岩石海岸线上，点缀着长有巨大蘑菇和石化树的森林。今年3月，加拿大研究人员在英国《自然》杂志上报告，他们首次发现了来自上下地幔过渡带的一块尖晶橄榄石，其含水量为1.5%。科学家对过渡带是否有水争论几十年。如果真的有水，这些宝贵资源究竟有多少呢。美国科学家本月12日说，根据他们的假设，地球内部可能存在着一个水量相当于地表海洋总水量3倍的“隐藏的海洋”。
专家指出，今次发现或改写地球海洋的构成理论。
地幔过渡带可能隐藏着一个巨大水库。 含水量或填满海洋3次
美国西北大学的地球物理学家雅各布森（Steve Jacobsen）及新墨西哥大学的地震学家施曼特（Brandon Schmandt）合作研究地球的水来自何方。研究人员发现，美国地表660公里下方的地幔过渡带有岩浆存在，估计是由于尖晶橄榄石（Ringwoodite，命名源于澳大利亚地质学家林伍德）等存在于地壳深处的岩石内含有水分子。当板块运动时，这些岩石因高温高压而释出水分，并融化形成岩浆，向上冒升。研究人员以尖晶橄榄石模拟在高温高压下的状态，证实其对地震波的影响与现有地震数据吻合。
地球原理图的部分横截面展示了尖晶橄榄石的存在位置。这块岩石源自地下约500公里处。在这里，大量水可能通过洋壳的俯冲和循环运动积聚起来，然后进入过渡带。 雅各布森指出，此前科学界普遍认为地球上的水是由撞击地球的冰彗星或其他外物带来，但最新研究说明，地球上的水或本身存在于地球内部，因地壳活动而冒出地表，形成海洋。假设地幔过渡带中岩石重量的1%为水分，其含水量便相当于全球海水容量的3倍。不过由于这些水分位置极深且非以液态存在，相信难以抽取应用。他希望未来可透过收集其他地区的地震数据，进一步了解地下构造。研究报告刊于《科学》期刊。
“隐藏的海洋”位于地幔过渡带
研究人员利用遍布全美的2000多个地震仪分析了500多次地震的地震波。这些地震波会穿透包括地核在内的地球内部，由于水会降低地震波传播的速度，研究人员可以据此分析地震波穿透的是什么类型的岩石。结果表明，就在美国地下660公里深处，岩石发生部分熔融，且从地震波传播速度减缓来看，这是可能有水存在的信号。
与此同时，研究人员在实验室中合成上下地幔过渡带中存在的尖晶橄榄石，当模拟地下660公里深处的高温高压环境时，尖晶橄榄石发生部分熔融，就像出汗一样释放出水分子。
“我想我们最终找到了整个地球水循环的证据，这或许有助于解释地球地表大量液态水的存在，”西北大学地球物理学家史蒂文•雅各布森说，“几十年来，科学家一直在寻找这一缺失的深层水。”
地球上水的来源有多种说法，一些人认为是彗星或陨石撞击地球带来的，也有人认为是从早期地球的内部慢慢渗透出来的。新发现为后一种说法提供了新的证据。
尖晶橄榄石的侥幸发现
今年3月，加拿大艾伯塔大学研究人员在英国《自然》杂志上报告说，他们首次发现了来自上下地幔过渡带的一块尖晶橄榄石，其含水量为1.5%，从而证明有关过渡区含有大量水的理论是正确的。
这项研究的负责人皮尔森展示着迄今发现的第一个尖晶橄榄石地球样本。 尖晶橄榄石的命名源自澳大利亚地质学家特德•林伍德(Ted Ringwood)，他认为一种特殊矿物质形成于地幔过渡层，因为该区域具有超高压力和温度。
此前科学家仅在陨石中发现尖晶橄榄石，地球学家尚不能钻探至地幔过渡层采集任何样本。
在巴西捷那发现的钻石样本JUc29内部有含水的尖晶橄榄石。这颗天然钻石在前往地表过程中被腐蚀性地幔流体雕刻成现在的不寻常形状。 值得庆幸的是，局面发生巨大变化。2008年业余宝石猎人在巴西捷那的马托•格拉索地区的浅水砂砾中挖掘时，偶然发现一小块叫褐钻的脏石头。这块石头的直径只有3毫米(约合0.12英寸)，它没有任何商业价值。正在寻找其他矿物的科学家得到这块石头。但这次意外获得竟带来好运。他们在这块石头内发现极少的尖晶橄榄石痕迹。这是这种极其罕见岩石的第一个地球证据。
德国拜罗伊特大学地质学家汉斯•开普勒警告，用尖晶橄榄石的单一样本推断地下水的规模可能不一定准确。他指出，水很可能以一种叫氢氧根的分子形式封存在特殊岩石内。这位科学家在《自然》杂志发表的一篇评论文章中表示：“从某些方面来说，就如凡尔纳想象的那样，地球内部有个海洋，但它并不以液态水的形式存在。”
（观察者网综合人民网、腾讯科学、凤凰卫视等报道）http://www.guancha.cn/Science/2014_06_16_238260.shtml
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发表于 2014-6-19 00:02:56
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