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钻石内气泡首次证实地下存在原生态封存区

2019年8月20日7:42 环球解密

    科学界认为在地幔层存在一种原始封存区,地球刚形成时期的化学元素、空气被原封不动地定格在其中,完好地保存至45亿年后的今天。找到这些空间将能了解地球诞生时期的很多秘密。不过科学家对这样的原始封存区是否存在有不同看法。

    刚发表在《科学》(Science)期刊上的研究,通过分析钻石内部微观小气泡,首次证明原始封存区的存在。这份研究的主要作者澳洲国立大学(ANU)的地球化学家Suzette Timmerman说:“钻石是我们窥探地球深处一个直接的窗口,就像直接观察到地球深处原生态环境。”

    存在原始封存区的猜测

    地球可分为四层:坚硬的内核、液态的外核、地幔和地壳。地幔是最厚的一层,约2900公里,又可以分为上地幔和下地幔两个层次。板块构造活动一般发生在上地幔层。

    很久前科学界就认为,地幔层内应该有一种原始封存区,里面的石头和月球、甚至地球一样古老。但无证据证实其存在。

    上世纪80年代,一些科学家在夏威夷岛的玄武岩熔岩的化学成分中发现很不一样的特点:里面氦3与氦4同位素之比相当高。而海底板块缝隙中迸发出的玄武岩就不具有这样的特点。

    研究者知道,氦3与氦4同位素之比是透露氦元素来源的重要证据。

    没有参与这份研究的地球化学家、麦考瑞大学(Macquarie University)的Stephen Foley说:“氦3是地球诞生时期的产物,后期不可能再生成。”而氦4可由其它元素衰变得到,如铀或钍。

    因此夏威夷岛玄武岩熔岩的氦的特性表明那样一种原始封存区存在的可能性,但不足以作为证据。因为岩浆在一路上升到地表形成玄武岩熔岩的过程中,其化学构成很可能受周围物质的影响而产生改变。

    自那时起,研究者们就原始封存区是否有可能完好地被保存至今、仍存在于地幔中,有着不同意见。

    从深层钻石中找到答案

    钻石在地幔层的高温高压下形成,由火山活动带到地表。钻石很稳定,在这个过程中不会受到影响而发生改变。因此科学家认为,研究钻石内部微观气泡,就等于窥探到其形成时周围环境的压力和温度。

    Timmerman研究组幸运地从一些来自地下深处的钻石中找到了答案。他们研究的钻石来自巴西地表以下410~660公里深处,是普通钻石来源地深度的两倍多。这个深度也是上下地幔层之间的过渡层。

    他们将24颗钻石切片,用电子显微镜分析里面所含的微量元素、同位素。

    结果发现,这些钻石中的氦3与氦4同位素之比很高,证明原始封存区的确存在,可能位于这些钻石形成的位置,或在更深的下地幔层。

    Foley说,这份研究终于为这个长时间的争议给出了答案。

    仍待解决的问题

    Timmerman说,这份研究的结果令人激动。但是还有很多谜题等待解开。比如,在地下有多少个这样的原始封存空间?每个有多大?里面更具体的化学成分结构如何?它们是怎样形成的?

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