鉆石探測(cè)地下隱秘海洋

諾亞

地球表面由陸地和海洋組成，海洋的面積占了整個(gè)地表的70%左右。海洋的水與地球上的生命息息相關(guān)。

但其實(shí)，地球表面的深處也潛伏著一片海洋，這是一個(gè)秘密的水世界。那么我們是怎么知道它的存在的呢？這要從一顆顆鉆石開始說起。

不過，這里提到的鉆石是帶有雜質(zhì)的鉆石。在珠寶行業(yè)，這些鉆石一文不值，但對(duì)地質(zhì)學(xué)家們來說，這些鉆石卻非常重要。

來自地球內(nèi)部的信使

我們每天看到和接觸到的地表只是地球的一小部分，地球的內(nèi)部其實(shí)有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。地球的中心是富含鐵和鎳等金屬元素的地核，在地表和地核之間的是地幔，它包含著一層可以流動(dòng)的巖漿，而這里就是鉆石形成的地方。在高溫、高壓的情況下，碳元素會(huì)生成天然鉆石，這些天然鉆石形成的時(shí)候，會(huì)將附近地幔中的一些物質(zhì)困在它們的立體結(jié)構(gòu)中。然后，天然鉆石會(huì)帶著這些物質(zhì)來到地表，提供給我們一個(gè)直接觀察地球深處物質(zhì)的好機(jī)會(huì)。

不過，鉆石的地表之旅并不容易。雖然地幔中的鉆石可以通過山系形成的過程緩慢上移，但是它們還沒到達(dá)地表有可能就會(huì)變成石墨。因?yàn)樵诟邷氐珘毫ψ冃〉沫h(huán)境下，鉆石就會(huì)變成結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的石墨。只有通過火山噴發(fā)的過程，直接從深層地幔來到地表的鉆石才能保持完整。由于這些鉆石的硬度高、上升速度又很快，鉆石內(nèi)部的夾雜物（地幔物質(zhì)）才能被完整地保留下來。

鉆石內(nèi)部的冰

幾十年來，科學(xué)家們一直在研究鉆石，以了解我們腳下的世界。2018年3月，由美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)教授奧利弗·茨科納領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，在對(duì)一顆從非洲提取的鉆石進(jìn)行掃描時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種令人出乎意料的物質(zhì)——冰。

通常，冰在寒冷的環(huán)境下才會(huì)形成，它怎么會(huì)出現(xiàn)在鉆石的內(nèi)部呢？

實(shí)際上，水分子（氫原子和氧原子）連結(jié)會(huì)形成固態(tài)的冰，但連結(jié)的方式不只有一種，也就是說，冰不只有一種結(jié)構(gòu)，在極端的溫度和壓力下，冰會(huì)呈現(xiàn)出更奇特的結(jié)構(gòu)。但正常情況下，自然界只有一種冰，即我們最常見到的那種。除了這種最常見的六邊形結(jié)構(gòu)的冰之外，科學(xué)家還在實(shí)驗(yàn)室里制造出了16種不同結(jié)構(gòu)的冰，并將它們以序號(hào)命名，比如：冰Ⅱ、冰Ⅲ等。

這次在鉆石中發(fā)現(xiàn)的冰是冰Ⅶ，它是一種呈立方體結(jié)構(gòu)的冰，科學(xué)家們通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到冰Ⅶ的形成條件：由液態(tài)水在室溫和30億帕的壓力下形成，30億帕約為大氣壓強(qiáng)的30000倍。這是科學(xué)家們首次在自然條件下發(fā)現(xiàn)其他結(jié)構(gòu)的冰?？茖W(xué)家們推測(cè)冰Ⅶ與鉆石不是同時(shí)生成的，當(dāng)鉆石還在地下數(shù)百千米處時(shí)，高溫讓水無法結(jié)晶形成冰，液體一直被困在鉆石中，直到鉆石從地底噴出，來到地表。此時(shí)，鉆石仍保持著很高的內(nèi)部壓力，而溫度卻下降了，液態(tài)水便成了冰Ⅶ。

當(dāng)然，不只這一顆鉆石中含有冰Ⅶ，科學(xué)家們?cè)诔霎a(chǎn)于中國、南非、扎伊爾（非洲）和塞拉利昂（非洲）的鉆石中均發(fā)現(xiàn)了冰Ⅶ的存在，這些鉆石證明了地球內(nèi)部有液態(tài)水的存在?？茖W(xué)家推測(cè)，如果我們將地底鉆石中的水?dāng)D出來，水的總量可能和地表海洋中水的總量差不多，地球的深處也有一個(gè)特殊的海洋。

地球水的來源

科學(xué)家們認(rèn)為含冰的鉆石也許可以幫助我們更加了解地球，比如，它為我們理解地球上水的來源提供了一些幫助。

一直以來，關(guān)于地球水的來源眾說紛紜，科學(xué)家們提出了許多的假說，其中最具代表性的是“外源說”和“內(nèi)源說”。外源說認(rèn)為，地球上的水來自于彗星和小行星，它們的成分是水和星際塵埃，彗星撞擊地球會(huì)帶來大量的水，而含有水的小行星墜落在地球上形成隕石，也會(huì)帶給地球一定量的水。經(jīng)過數(shù)億年的累積，這些水匯聚成了今天的江河湖海。內(nèi)源說認(rèn)為，在地球形成之初，其內(nèi)部曾包含非常豐富的氫元素，它們后來與地幔中的氧元素發(fā)生了某些化學(xué)反應(yīng)，并最終形成了水。隨著火山的不斷噴發(fā)，地球內(nèi)部的水分被釋放到大氣中和散布在地球的各處，并漸漸形成了地表的湖泊、江河和海洋。

雖然上述的兩種假說是目前的主流，但是無論哪一種都沒有確鑿的證據(jù)。既然地球的內(nèi)部可能含有大量的水，那么內(nèi)源說也許更具說服力？

其實(shí)也不一定，因?yàn)榈厍蚴怯刹煌陌鍓K構(gòu)成的，這些板塊緩慢地運(yùn)動(dòng)著，當(dāng)它們碰撞時(shí)，除了擠壓形成山脈外，某部分板塊也會(huì)被推入地幔的深處，這部分地殼攜帶著冰冷又潮濕的巖石深入地幔。如果是大洋板塊被推入地幔，那么它還會(huì)攜帶來自海底的水，這些沉入地幔的物質(zhì)也許是地球內(nèi)部水的來源。

目前，我們?nèi)圆荒芡耆_定地球內(nèi)部水的總量、來源和其他可能的結(jié)構(gòu)。不過，科學(xué)家們將繼續(xù)通過各種方式探索地球內(nèi)部，這些方式包括觀察那些奇異的天然鉆石。