（图片来源：Pixabay）
在一颗形成于地幔深处的钻石中含有一种我们在自然界中从未见过的矿物质。这一对地幔深处的惊鸿一瞥，可能有助于揭示地球深处多公里位置上的结构的新信息。这可以帮助地质学家更好地理解地幔是如何控制地球板块构造的。
硅酸钙钙钛矿这种矿物只能在地底深处极高压下形成。美国内华达大学拉斯维加斯分校（UniversityofNevada,LasVegas）的矿物学家OliverTschauner说，新发现的样本可能是在地表以下公里至公里之间形成的。
虽然之前就已经有人在实验室内用20亿帕的压力（几乎是大气压力的20万倍）合成这种矿物，但在从人工高压环境中移除后，它会立即恢复到另一种形式。因此，研究人员认为不可能从地幔中得到自然产生的硅酸钙钙钛矿。“我们认为找到它的机会过低以至于我们从未真正积极地寻找过它。”Tschauner说。
因此，当他和同事在分析一颗来自博茨瓦纳奥罗帕（Orapa，Botswana）钻石矿的钻石中的瑕疵，发现了三个微小的硅酸钙钙钛矿斑点时，感到十分震惊。硅酸钙也可以以其他形式存在，包括地壳中的硅灰石（wollastonite）和地幔中下部的breyite。但这次科学家发现的硅酸钙钙钛矿有一个明显的立方晶体结构，表明了它与上述矿物的不同。
Tschauner和同事们将这种新矿物命名为“davemaoite”，并于11月11日在《科学》（Science）发表了相关论文。该名字取自华人地质学家毛河光（Ho-Kwang“Dave”Mao）的名字，他曾开拓性地在实验中使用金刚石压腔模拟地幔压力。
在数百万年的时间里，岩石和矿物在地质构造运动作用下于各地层之间上下移动，因此地幔和地壳中的岩石是相互关联的。于是地球科学家也就可以依据地壳中存在的物质对地幔的组成有一个大致的了解。
图片来源：ArtsyBeeKids/Pixabay
矿物会随着它们离开高压和高温的下地幔逐渐变形，但钻石不会。于是，钻石成为了矿物进入这个区域的直接窗口。它们形成于地表以下至少公里处，有些甚至来自近乎公里深的位置。
钻石的晶体结构是由纯碳构成的，但它们在形成时常常也会将周围环境中的微小物质囊括其中。由于钻石异常坚硬，它们可以在非常高的压力下封存这些微小的“内含物”，一直到钻石上升到地壳并被矿工采掘。
“钻石不会让任何东西进出，这真的是一个完美的封闭性盒子。”来自以色列耶路撒冷希伯来大学（HebrewUniversity）研究钻石和深地幔的地质学家OdedNavon如是说到，他没有参与davemaoite的鉴定工作。
（图片来源：FrancoAntonioGiovanella/Unsplash）
在博茨瓦纳发现的这枚钻石中davemaoite的含量非常少，三个矿物斑点的直径都只有5~10微米左右。Tschauner和同事用X射线分析了其中的内含物，然后用激光在其中的两个斑点上钻孔使材料蒸发，并将其送入质谱仪中以确定其构成元素。他们发现davemaoite里有含量惊人的钾，Tschauner说这可能帮助了深地幔矿物在地球表面停留期间稳定下来。
美国卡内基科学研究所（CarnegieInstitutionforScience）地球化学家、北京大学讲座教授费英伟（YingweiFei，并未参与这项研究）为这项新研究撰写了一篇社论。他表示钾元素含量高还暗示着地壳和地幔之间存在着一条全球性的“输送带”，可以在地壳和地幔之间循环元素。钾并不是存在于深部地幔的主要元素，但它很可能是在地壳板块中，通过俯冲带这种一个板块推动另一个板块的形式下潜传播的。
Tschauner说，钾存在一种具有放射性的形式。而除钾外，davemaoite还含有少量其他放射性元素如钍和铀，这些元素不易被构成下地幔的其他矿物吸收。这点这很重要，因为正是这些元素的衰变，才制造了地球内部大约三分之一的热量。
根据靠近地球表面的矿物浓度推断，地球科学家怀疑davemaoite约占下地幔的5%~7%。但Tschauner补充说，这种矿物的分布可能并不均匀。因此，富含铀和钍的davemaoite可能在某些地方占主要地位，这可能也就解释了为什么地幔的某些部分比其他部分更热。这些热点有助于推动地幔的循环，从而驱动板块构造运动。因此，矿物浓度的微小变化可能对地球表面产生了巨大影响。这些变化也可能揭示出更多关于地壳和下地幔之间的联系，也许有助于解释元素是如何在它们之间移动的。
Tschauner表示，这是一个刚刚成为可能的研究领域。他补充说：“对于这种类型的研究来说，找到真正来自下地幔的矿物是一个相当新的方向。”
作者：StephaniePappas
翻译：李静一
编辑：魏潇
引进来源：ScientificAmerican
本文来自：中国数字科技馆
联系电话：