地幔中的水和所有海洋中的水一样多

avatar 2019-11-0108:00:49 评论 11
地幔熔体包裹体

Thirsty crystals Jasperox/CC BY 3.0

 

地球深处的水大约和海洋的一样多。这是在典型的地幔过渡带岩石实验中得出的结论。地幔过渡带位于地球下方410至660公里处,是一个将上地幔与下地幔分隔开的全球缓冲层。

“如果我们的估计是正确的,这意味着在地球深处有大量的水,”德国Bayreuth大学的Hongzhan Fei说,“地球深处的水的总量几乎和世界上所有的海水的质量相同。”

这些结果进一步证明,地球下面的水比我们预想的要多得多,它们大多以离子的形式存储在矿物晶体中,而不是液态水。

此前至少有一个研究小组在源自地幔的火山碎屑中发现了富含水分的岩石碎片。另一个团队进行的实验表明,这些深度的水是在地球上形成的,而不是由彗星和小行星送到原始行星上的。

伊利诺斯州西北大学的Steven Jacobsen说:“大量的水锁在岩石地幔深处的这个地区迫使我们努力思考水是如何到达那里的,或者是自地幔凝固之后为什么一直封存在那里。”这是关于地球进化的一个关键问题,它也延伸到了太阳系外的行星。”

模拟岩石

Fei和他的同事们现在所做的是通过实验室合成岩石实验来推断整个地幔过渡带的高含水量,这些合成岩石被用来模拟那些典型的在那一层以及下面的那一层。

现实世界的地球物理和地震测量已经显示,地幔过渡带的黏度比上地幔和下地幔的黏度都低,后者的深度可达2900公里,一直延伸到地核。

通过他们的实验,Fei和他的同事们现在已经证明了黏度的测量值与主导地幔过渡带的尖晶橄榄岩水饱和时的黏度值是一致的。

“这与地球物理观测到的地幔过渡带的粘性非常吻合,” Fei说。“因此,我们认为地幔过渡带应该是湿的。”

争议

Fei说,人们普遍认为上、下地幔是干的,但是它们之间的过渡地带是否也是干的还存在争议。在他们的实验中,研究人员从过渡带和支配下地幔的布失岩中合成了尖晶橄榄石。

通过测量一种称为位错迁移率的现象——晶体结构中的线断裂或缺陷移动的容易程度——他们可以推断出粘度。缺陷越容易移动,晶体就越容易变形和流动,从而降低粘度,使岩石更加“流动”。

研究人员发现,在尖晶橄榄石中加入水可以降低其粘度,当水占岩石重量的1%到2%时,其粘度值与真实世界的测量值完全吻合。“我们确定了水含量和位错迁移率之间的关系,然后用这个来估计过渡区的水含量,”Fei说。

加拿大阿尔伯塔大学的格雷厄姆·皮尔森说:“这些非常困难、执行得非常好的实验是实验室和野外通过地球物理和自然研究观察到的越来越多的图景的一部分,这些图景表明,地幔过渡带很可能有大量的水。”

来源:Newscientist

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