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地幔，是夾在地球地核與(yu) 地殼之間的主要固體(ti) 層。在漫長的歲月裏，地球構造的運動可以使岩石和礦物在岩層之間上下移動，因此科學家們(men) 通常可以根據地殼中的物質來了解地幔的組成。

 地球結構。| 素材來源：ArtsyBeeKids / pixabay

然而當一些礦物離開地幔的高溫高壓環境時，就會(hui) 發生改變。因此，若要想更好地了解地幔中究竟藏著什麽(me) ，不會(hui) 輕易發生變形的鑽石，就成了探索地幔的唯一直接窗口。

現在，從(cong) 一顆挖掘於(yu) 地球深處的鑽石中，科學家首次發現了一種從(cong) 未見過的礦物——矽酸鈣（CaSiO₃）鈣鈦礦。這是一種隻能在下地幔的高溫高壓環境中形成的物質，在此之前，科學家隻在實驗室中預測了它的存在。

而新的研究首次證明這種礦物的確存在於(yu) 自然界中。研究人員將這一發現發表在了近期的《科學》雜誌上，並將其命名為(wei) 毛鈣矽石（davemaoite），以高壓實驗地球物理學家毛河光（Ho-kwang Dave Mao）的名字命名。

長期以來，科學家認為(wei) 矽酸鈣鈣鈦礦是一種在地幔中儲(chu) 量豐(feng) 富且具有重要地球化學意義(yi) 的礦物。據科學家估計，大約5%到7%的下地幔是由這種礦物組成。但是，要想直接觀測這種礦物是極其困難的，因為(wei) 矽酸鈣鈣鈦礦是一種穩定存在於(yu) 下地幔的巨大壓強之下的礦物，一旦離開高溫高壓環境，它便不能維持其晶體(ti) 結構。

的確，曾有研究團隊在實驗室中用20GPa的壓強（幾乎是大氣壓強的20萬(wan) 倍）合成過這種礦物，並發現當它們(men) 離開高壓環境時，就會(hui) 立刻變成另一種形式。因此，科學家認為(wei) 在自然界找到這種礦物的幾率非常渺茫。直到這次，一顆來自博茨瓦納的鑽石打開了新的局麵。

鑽石是一種純粹由碳原子構成的晶體(ti) ，它們(men) 在形成時經常會(hui) 吸收周圍的微小物質。由於(yu) 鑽石非常堅硬，它們(men) 可以在高壓下將這些物質密封其中，即使上升到地殼並被人類開采，也不會(hui) 讓任何東(dong) 西進出。鑽石就像是時間膠囊，在礦物到達地表的途中，鎖定了礦物的原始形態。

新發現的這顆鑽石樣本可能形成於(yu) 地表之下的660到900千米之間。通過分析這顆鑽石樣本，研究人員發現了三個(ge) 微小的斑點。這顆鑽石的礦物含量非常小，每三個(ge) 小點的直徑隻有5到10微米，普通的取樣技術很可能將它們(men) 遺漏。

利用X射線衍射、X射線熒光成像和紅外光譜等分析技術，研究人員分析了這顆鑽石中的礦物的化學組成和結構，並最終確定，它們(men) 就是從(cong) 未在自然界出現過的矽酸鈣鈣鈦礦——毛鈣矽石。

通過分析這種毛鈣矽石的結構和化學，研究人員發現毛鈣矽石雖然是一種鈣矽酸鹽礦物，但也承載著各種“妄圖”潛入其晶體(ti) 結構中的不同元素，其中包括鈾、釷等放射性元素，以及一些稀土元素。這一發現揭示了地球深處的一些熱源位置。在過往的一些研究中，科學家已經證明鈾和釷會(hui) 影響地球下地幔的產(chan) 熱，它們(men) 可以通過放射性衰變釋放熱量。

長期以來，科學家認為(wei) 這些放射性元素產(chan) 生了在下地幔循環的1/3的熱量，其餘(yu) 2/3的熱量則是在45.5億(yi) 年前地球最初形成時所遺留下來的。因此，區域性以及全球性的毛鈣矽石豐(feng) 度，可能影響著深部地幔的熱量收支。通過識別毛鈣矽石的化學組成，研究人員現在可以確定這些元素的位置。

另外，這項研究的工作還發現了毛鈣矽石包含三種主要的產(chan) 熱元素，除了鈾和釷之外，研究人員還意外地發現了大量的鉀離子。目前，他們(men) 隻能推測這些額外的鉀元素的來源。據介紹，高的鉀含量意味著在地殼和地幔之間，可能存在著一條在地殼和地幔之間循環元素的全球性“傳(chuan) 送帶”。

其實，過去的大多數致力於(yu) 創造這種礦物的實驗，所產(chan) 生的都幾乎是純的矽酸鈣鈣鈦礦。現在，這種意想不到的成分讓科學家意識到，下地幔可能比想象的更加混雜，僅(jin) 憑實驗室研究很難預測其複雜性。

毛鈣矽石的發現令人驚訝，它表明鑽石可以在比之前認為(wei) 的要深得多的地幔深處形成。這是對地幔深處的一次罕見一瞥，它讓科學家們(men) 從(cong) 此意識到，地幔或許是用於(yu) 尋找更多新礦物的最佳地點。反過來，發現新的地幔礦物又能為(wei) 科學家揭示更多深埋於(yu) 地底深處的結構信息，從(cong) 而幫助科學家更好地理解地幔是如何控製地球板塊構造的。

另外，這項工作也為(wei) 發現自然界中的其他穩定存在於(yu) 高溫高壓環境下的物質帶來了希望。這種對下地幔的直接采樣，或將成為(wei) 相關(guan) 研究的一個(ge) 新方向，並有望填補我們(men) 對整個(ge) 地球地幔化學成分的星空体育官网入口网站空白。

#創作團隊：

文：小雨

#參考來源：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl8568 

https://www.sciencenews.org/article/mineral-diamond-davemaoite-earth-mantle-heat 

https://www.space.com/new-mantle-mineral-found-in-diamond 

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