分析表明,钻石中微观包裹体中发现的气体来自一个稳定的地下储层,它至少与月球一样古老,隐藏在海平面以下410多公里的地幔中。
长期以来,科学家们一直怀疑,在地壳和地核之间的地幔中,存在着一个巨大的岩石储藏库,自地球形成以来,相对没有受到干扰。到目前为止,还没有确凿的证据证明它是否存在或存在于何处。一个国际科学家小组已经测量了超级深层钻石中含有的氦同位素,这些钻石是由猛烈的火山喷发带到地表的,用来探测这个古老的储层的足迹。这项工作将于8月23日(星期五)在巴塞罗那举行的戈德施密特会议上首次向科学家们展示,目前已发表在《科学》杂志上。
地球形成后,剧烈的地质活动和外星撞击破坏了这颗年轻的行星,这意味着地球的原始结构几乎已不复存在。然后,在20世纪80年代,地球化学家注意到,在某些特定位置的玄武岩熔岩中,氦3与氦4同位素的比值高于预期,这与在坠落地球的极古老陨石中发现的同位素比值相符。这表明熔岩携带的物质来自地球深处的某种未知的储层,其成分在过去40亿年里没有发生显著变化。澳大利亚国立大学的研究负责人苏塞特·蒂默曼博士说:“这种模式在‘海洋岛玄武岩’中已经被观察到了。这些玄武岩是从地球深处喷发出来的熔岩,形成了夏威夷和冰岛等岛屿。”“问题是,尽管这些玄武岩被带到了地表,但我们只能看到它们历史的一小部分。我们对地幔的融化来源知之甚少。”
为了解决这个问题,蒂默曼的团队研究了超深钻石中的氦同位素比率。大多数钻石是在地壳以下150至230公里处形成的,然后由熔体带到地表。非常偶然地,一些“超深”钻石(产生于地球表面以下230至800千米)被带到地表。这些超深钻石与普通钻石明显不同。
苏泽特·蒂默曼说:“钻石是已知的最坚硬、最坚不可摧的天然物质,所以它们形成了一个完美的时间胶囊,为我们打开了一扇通往地球深处的窗户。”我们能够从巴西Juina地区的23颗超深钻石中提取氦气。这些照片显示了我们可以从一个非常古老的储层中得到的典型同位素组成,证实了这些气体是月球和地球碰撞之前甚至是碰撞之前某个时期的残留物。从钻石的地球化学性质来看,我们知道它们形成于一个叫做“过渡带”的区域,在地球表面以下410到660公里。这意味着这个看不见的储层,从地球的起源留下来的,一定在这个地区或下面。
“关于这个储层的形式仍然存在疑问;它是一个大型的单一储层,还是有多个较小的古代储层?储层到底在哪里?这个储层的全部化学成分是什么?但通过这项工作,我们开始对地球上现存最古老的相对未受干扰的物质进行研究。
加州大学圣巴巴拉分校的马修·杰克逊教授在评论中说:“人们已经做了很多工作来确定地球深处原始储层的位置。因此,这是一个有趣的结果,有很大的潜力“绘制出”更高的3He/4He区域位于地球的深处。氦在地幔条件下可以迅速扩散,因此,评估古代氦的特征是否反映了困在钻石形成深处的成分,或将钻石带到地表的宿主熔岩的成分,将是非常重要的。这项工作是了解这些储层的重要一步,为进一步研究指明了道路。”