地下「海洋」被逮住了!水量或是地表六倍,還在從地表偷水

天空之城 2022/11/02 檢舉 我要評論

從太空俯瞰地球,可以看到蔚藍的大海覆蓋了大半個地球。整個地球表面海洋的水量是十分驚人的,大約有13.7億立方公里。

就我們人類目前已經探測到的,全世界所有海洋的平均深度大約是3700多米,其中最深的莫過于馬里亞納海溝,大約是11000多米深。

有一個問題,不知讀者們想過沒有:海水會不會漏到海底下面?就像雨水浸入巖石一樣。

根據法蘭克福歌德大學地球科學研究所的一項國際研究,研究人員發現地球上地幔和下地幔之間的過渡帶其實含有大量的水,而且這些水竟是來自地球表面海洋。

怎麼發現的?原來是通過鉆石。

德國-意大利-美國研究小組使用包括拉曼光譜和 FTIR 光譜在內的技術分析了在地球表面以下 660 公里處形成的稀有鉆石。該研究證實了長期以來的一種理論,即海水伴隨著俯沖板片進入過渡帶。這意味著我們星球的水循環包括地球內部。

橄欖石

過渡帶(transition zone,TZ)是對分隔地球上地幔和下地幔的邊界層的名稱。它位于410至660公里的深度。TZ 中高達 23,000 巴的巨大壓力導致橄欖石(占地球上地幔的 70%,也稱為橄欖石)改變其晶體結構,成為更致密的礦物。

「這些礦物轉變極大地阻礙了地幔中巖石的運動,」法蘭克福歌德大學地球科學研究所的 Frank Brenker 教授解釋說。「俯沖板塊通常很難突破整個過渡帶。因此,在歐洲下方的這個區域中,有一個完整的此類板塊墓地。」

研究小組分析了一顆來自非洲博茨瓦納的鉆石。它形成于 660 公里深處,就在過渡帶和下地幔之間的交界處,那里的林伍德巖是主要礦物。這個地區的鉆石非常稀有,即使在超深產地的稀有鉆石中,也只占鉆石的1%。

此外,研究小組確定了鉆石的化學成分,發現它幾乎與世界上任何地方玄武巖中發現的幾乎所有地幔巖石碎片完全相同。這表明這塊鉆石肯定來自地幔的正常部分。

分析表明,這塊鉆石含有大量的菱鎂石內含物——這些內含物的含水量很高。

「在這項研究中,我們已經證明過渡帶不是干海綿,而是含有大量的水,不同之處在于那里沒有海洋,而是含水巖石,但它既不會讓人感到潮濕,也不會滴水。

密集的礦物 wadsleyite 和 ringwoodite 可以(與較小深度的橄欖石不同)儲存大量的水—— 事實上如此之大,以至于過渡帶理論上能夠吸收我們海洋中六倍的水量。

過渡帶的高含水量對地球內部的動態狀況產生了深遠的影響。例如,在來自下方的熱地幔羽流中可以看到,這些羽流卡在過渡帶中。在那里,它們加熱了富含水的過渡帶,進而導致形成新的較小的地幔柱,吸收過渡帶中儲存的水。

如果這些較小的富含水的地幔柱現在進一步向上遷移并突破邊界到達上地幔,則會發生以下情況:地幔柱中所含的水被釋放,從而降低了新興物質的熔點。因此,它會立即融化,而不是像通常發生的那樣,在它到達表面之前才融化。

結果就是導致地幔這部分的巖體總體上不再那麼強硬,這使得運動更具活力。過渡區原本是那里的動態障礙,突然成為全球物質循環的驅動力。

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