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编译服务: 生物安全网络监测与评估 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn 编译时间: Mar 25, 2019 浏 览 量: 3

了解全球碳循环为科学家提供了有关地球可居住性的重要线索。

这就是为什么地球有一个温和稳定的气候和一个低二氧化碳的大气层相比,例如,金星是在一个失控的温室状态,高表面温度和厚厚的二氧化碳大气层。

地球和金星之间的一个主要区别是地球上存在活跃的板块构造,这使得我们的环境在太阳系中独一无二。

但是大气、海洋和地壳只是这个故事的一部分。地幔占地球体积的75%,其潜在的碳储量比所有其他储层加起来还要多。

碳——有机生命的基本组成部分之一——通过俯冲进入地球内部,在那里它大大降低了固体地幔的熔点,在浅层地幔中形成碳酸化熔体(富含碳的熔融岩石),为地表火山提供燃料。碳酸盐矿物也可能被运送到地球深处,到达下地幔,但接下来会发生什么还不确定。

要回答这个问题充满了挑战——地球深处的情况非常极端,来自地幔的样本非常稀少。解决办法是在实验室里用先进的技术重现这些条件。

现在,布里斯托尔大学的一组实验地球科学家已经做到了这一点。他们的研究结果发表在《地球与行星科学快报》上,揭示了碳酸盐岩矿物通过海洋地壳俯冲(其中一个地球构造板块在另一个板块之下滑动)进入地幔时会发生什么变化的新线索。

他们的发现揭示了一个在1000千米外的碳酸盐岩俯冲的屏障,在那里碳酸盐岩与海洋地壳中的二氧化硅反应形成钻石,这些钻石在地质时间尺度上储存在地球深处。

地球科学学院的詹姆斯·德威特博士解释说:“碳酸盐矿物在地球的下地幔中是否保持稳定?如果不是,需要多大的压力/温度变化才能引发矿物之间的反应?它们看起来是什么样的?”这些都是我们想要找到答案的问题,而得到这些答案的唯一方法就是重现地球内部的条件。”

德威特博士和他的团队将合成碳酸盐岩置于非常高的压力和温度下,相当于地球深处高达90 GPa(约90万个大气压)和2000摄氏度的环境中,使用激光加热的钻石砧细胞。他们发现碳酸盐在1000 - 1300千米深处仍然保持稳定,几乎接近地核的一半。

在这种条件下,碳酸盐与周围的二氧化硅发生反应,形成一种称为bridgmanite的矿物,这种矿物构成了地球大部分的地幔。这个反应释放的碳是以固体二氧化碳的形式存在的。当周围炽热的地幔最终加热俯冲板块时,这种固态二氧化碳分解成超深钻石。

Drewitt博士补充说:“最终超深层钻石可以返回到表面在上升流地幔柱,这个过程可以代表超深层钻石的来源之一,我们发现在表面和提供的唯一直接证据,我们地球深层的构成。

“这令人兴奋,因为人类所能钻到的最深的地方大约有12公里,不到地壳深度的一半。这与地幔的巨大规模相比简直是小巫见大巫,地幔的深度可达近3000公里。”

研究小组使用了一个钻石砧细胞来产生与在这些深度发现的压力相当的压力,在显微镜下把样品装入一个压力室,这个压力室是从一个金属垫片钻出来的,垫片被压缩在宝石质量的、明亮切割的钻石砧之间。这些样品的晶体结构随后在牛津郡的英国同步加速器工厂用x射线衍射分析。

Drewitt博士现在计划应用这些高压和高温实验以及先进的计算机仿真技术对其他矿物和材料,并补充道:“除了碳,可能是有海洋的水输送到地幔深处,当释放这将引起地球上融化的上部和下部地幔。

“然而,我们无法充分测试或了解这种富水熔融岩石动态行为的当前模型,因为我们不知道它们的组成或物理特性。我们目前正在进行的极端条件下的实验和先进的计算机模拟将有助于解决这些问题。”

——文章发布于2019年2月22日

  
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