科学新知：钻石隐藏地球物质循环的秘密

2008-08-14 07:20 作者:翁玲编译 一份刚刚发表的科学研究证实，人类可由钻石中的微量矿物来窥探地球深处的秘密。布里斯托大学一科学团队在七月底发表了这个令人振奋的实验成果，它已刊登在最近一期《科学》期刊上。

地球主要由岩石所构成，从表面到内部可分为地壳、地函与地核三层。中洋脊火山活动是在大洋底绵延七千公里海底山脊下的火山活动，由于上部刚性岩石圈物质两侧被张力拉开，从地函来的岩浆上升以填补张裂后所造成的空隙，这些岩浆喷发于地表，冷却后形成海洋地壳。旧的海洋地壳最终会回到隐没带（subduction zones），即地球岩石圈中对流的沉降流所在的地区。

布里斯托大学地球科学系博士、同时也是这项科学发现的第一作者麦克·华特（Michael Walter）表示，“对地球科学而言，长久以来存在的一个问题，即隐没的海洋地核到底发生了什么事？隐没层的地震映射提供强而有力的证据显示它可以被带到深处，甚至可能达到核心地函边界，距离比地表还深2900公里。它可以在这样的地壳墓地里存在几十亿年，然而它最终的命运仍然不确定。”

华特还说，“另一个有力的地球化学证据显示，海洋地壳在地函中焖煮很长的时间后，如十亿年后，海洋地壳会变成原来的同位素（同分异构物）这与周围的地函是完全不同的。但若地壳因为特殊原因进入地函的熔化区，新的岩浆与旧的海洋地壳不同。”

但许多问题依然存在，如：海洋地壳相较于岩浆如何产生独特的指纹？固态的地壳飘荡在地函中就像一块大理石蛋糕然后再被熔化？或地壳在地函深处熔化，接着和地函岩石反应而形成混合岩石？华特团队从钻石内部微量矿物推测海洋地壳可以在地函深处被熔化。

尽管海洋地壳并没有太多碳酸盐，仅有很少的熔化物形成，这微量的熔化物充满地壳特有的化学元素。后续熔化的地函岩石包含这些少量的碳酸盐熔化物产生出带有地壳特征的岩浆。但如何证明呢？

由于钻石的形成需要很高的压力，所以钻石能够提供压力极高地球深部的一些线索，这个深度是无法用钻机来探勘。当碳酸盐含量多的液体从地函上升，钻石会边吸取这些矿物质来形成结晶。华特团队所研究的钻石取自巴西Juina地区，这个地区的钻石因内部含有地函深处的矿物质而著名。

在海洋地面喷出的岩石耗费几亿年接触海水，因此，部份岩石与海水作用形成碳酸盐矿物。华特团队推测在海洋地壳存在的这些矿物其熔点相较周围的地函低。

在经过无数次实验、量测与计算，研究员证实钻石及钻石内部是由地函中少量的碳酸盐熔化物所构成的结晶。此外，研究人员推测这样的熔化物遍及整个地函，且这熔化物长时间透露它特殊的地壳特征。