地球深处可能存在重要原始水储库

地球深处可能存在重要原始水储库

中国科学院广州地球化学研究所近日宣布，其研究团队利用世界领先的技术平台，首次模拟了660公里深处的极端环境。该模拟包括进行高温高压实验。研究人员发现，地幔中的一种主要矿物——布里奇曼石，在高温下表现出显著的水势。这表明地球内部数千公里深处可能存在一个此前未被发现的、储量巨大的远古水库。这一发现拓展了我们对地球深部水储存和早期分布的认知，并表明深层水可能在地球演化成宜居星球的过程中发挥了关键作用。该研究成果已于12月12日发表在国际期刊《科学》（Science）上。

△ 艺术家描绘的布里奇曼石“捕获”地球深层岩浆海洋中水的场景

46亿年前，地球还不是一颗蓝色的星球。频繁而剧烈的恒星撞击在地球内部及其表面形成了一片沸腾的岩浆海洋，那里液态水无法存在——这是一个极其恶劣的环境。随着冷却，地球早期的岩浆海洋结晶成固体矿物，逐渐形成了地幔。布里奇曼石是地幔中最早结晶的矿物，其成分占地幔的一半以上，它就像一个微观的“储水库”。它的保水能力直接决定了有多少水可以从岩浆中被吸收到固态地球中。

以往基于相对低温的研究表明，布里奇曼石的保水能力有限。然而，该研究团队利用定制的超高压模拟系统，成功地将温度提升到了惊人的4100℃。

研究表明，随着温度的升高，这种矿物的保水能力显著增强。这意味着在地球岩浆海洋最热的阶段，结晶的布里奇曼石能够“捕获”并储存比之前认为的要多得多的水。

基于此，研究团队建立了一个岩浆海洋的结晶模型。模拟结果表明，由于岩浆海洋凝固后初期高温下布里奇曼石具有很强的吸水能力，下地幔成为了整个固体地幔中最大的含水层。其储水能力可能比之前的估计高出5到100倍。据估计，早期固体地幔中储存的水量相当于当今海洋总体积的0.08到1倍。

这些深层水并非一个静止的“储水库”；它如同地球巨大地质过程的“润滑剂”，降低了地幔岩石的熔点和黏度，促进了诸如内部物质循环和板块构造等至关重要的地质过程，并赋予地球持续演化的生命力。随着时间的推移，深层水逐渐被岩浆活动等地质过程“泵送”回地表，从而促成了原始大气和海洋的形成。这很可能是地球转变为一颗蓝色宜居星球的关键力量。