科技日?qǐng)?bào)記者 葉青 通訊員 孔令竹

我國(guó)科研人員首次通過(guò)高溫高壓實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在地球形成初期極端高溫的環(huán)境下，大量水分可通過(guò)礦物的結(jié)晶過(guò)程，被高效鎖藏于地幔深處。這一發(fā)現(xiàn)更新了關(guān)于地球深部水儲(chǔ)存與早期分布的認(rèn)知。北京時(shí)間12月12日凌晨3點(diǎn)，該相關(guān)研究成果在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上在線發(fā)表。

46億年前的地球，并非一顆溫柔的藍(lán)色星球。頻繁而劇烈的星體撞擊使其地表與內(nèi)部翻騰著熾熱的巖漿海洋，水無(wú)法以液態(tài)形式存在，整個(gè)星球如同煉獄。

地球早期的巖漿海洋在冷卻過(guò)程中，會(huì)結(jié)晶出固態(tài)礦物，逐漸形成地幔。其中，布里奇曼石是地幔中最早結(jié)晶且含量超過(guò)一半的主要礦物。它如同一個(gè)微觀的“儲(chǔ)水容器”，其“鎖水”能力直接決定了有多少水能從巖漿中轉(zhuǎn)入固態(tài)地球。以往研究基于相對(duì)低溫的實(shí)驗(yàn)條件，認(rèn)為布里奇曼石的儲(chǔ)水能力有限。

中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員杜治學(xué)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，利用自主研發(fā)的超高壓實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，將實(shí)驗(yàn)溫度大幅提升至約4100℃的極端高溫。他們發(fā)現(xiàn)，礦物的“鎖水”能力隨溫度升高而顯著增強(qiáng)。這意味著，在地球最熾熱的“巖漿洋”階段，正在結(jié)晶的布里奇曼石反而能夠“捕獲”并封存遠(yuǎn)超以往想象的海量水分，這直接顛覆了“深下地幔幾乎不含水”的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

基于這一新發(fā)現(xiàn)，科研團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了巖漿海洋結(jié)晶模型。據(jù)估算，早期固體地幔中儲(chǔ)存的水量，可能相當(dāng)于0.08至1個(gè)現(xiàn)代全球海洋的總水量，更是比此前模型預(yù)估的高出5至100倍。

研究人員介紹，深部水并非靜止的“庫(kù)存”，它如同地球這臺(tái)巨型地質(zhì)機(jī)器的“潤(rùn)滑劑”，能夠降低地幔巖石的熔點(diǎn)和黏度，促進(jìn)內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)與板塊運(yùn)動(dòng)等重要地質(zhì)過(guò)程。隨著時(shí)間推移，深部水通過(guò)巖漿活動(dòng)等地質(zhì)過(guò)程被逐漸“泵”回地表，參與形成原始大氣和海洋，并可能是驅(qū)動(dòng)地球從熾熱煉獄轉(zhuǎn)變?yōu)橐司有乔虻年P(guān)鍵力量。