鑲嵌在這片透明鉆石中的微小灰色礦物斑點(diǎn)是新命名的davemaoite的第一批樣本，davemaoite是一種僅在下地幔中形成的硅酸鈣鈣鈦礦礦物。
鉆石內(nèi)部的一小塊巖石現(xiàn)在打開了一扇全新的窗戶，可以了解地球下地幔的樣子。研究人員在11月12日的《科學(xué)》雜志上報(bào)告說，鉆石內(nèi)部是一種新發(fā)現(xiàn)的硅酸鹽礦物，稱為davemaoite，它只能在地球的下地幔中形成。這是科學(xué)家們第一次設(shè)法明確證明這種類型的下地幔礦物——以前只是從實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中預(yù)測——確實(shí)存在于自然界中。該團(tuán)隊(duì)以著名實(shí)驗(yàn)高壓地球物理學(xué)家Ho-kwang(Dave)Mao(SN:3/16/04)的名字命名該礦物。
帶有明顯礦物內(nèi)含物的鉆石來自博茨瓦納礦山，形成于660公里以上的深度，即地球下地幔的上邊界。使用包括X射線衍射、X射線熒光成像和紅外光譜在內(nèi)的分析技術(shù)，拉斯維加斯內(nèi)華達(dá)大學(xué)的礦物學(xué)家OliverTschauner及其同事確定了這種新礦物的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，將其確定為一種鈣硅酸鹽鈣鈦礦。
Tschauner說，科學(xué)家們此前估計(jì)，大約5%到7%的下地幔必須由這種礦物構(gòu)成。但要直接觀察這樣的地球深部礦物是極其困難的。這是因?yàn)樵谙碌蒯５膹?qiáng)大壓力下穩(wěn)定的礦物——一直延伸到地球表面以下2700公里——一旦壓力減弱，它們就會開始重新排列它們的晶體結(jié)構(gòu)。
直到2014年，即使是地球上最常見的礦物，一種被稱為布里奇曼石的下地幔硅酸鎂鐵，在很大程度上也只是理論上的，當(dāng)時人們發(fā)現(xiàn)它自然存在于一顆隕石中，該隕石以一種產(chǎn)生破碎、深地幔狀的力量撞擊澳大利亞巖石中的壓力(SN：11/27/14)。迄今為止，bridgmanite是唯一一種確認(rèn)存在于自然界的其他高壓硅酸鹽礦物。
鉆石就像時間膠囊，在到達(dá)地表的過程中鎖定原始礦物形態(tài)。davemaoite的發(fā)現(xiàn)不僅證實(shí)了它的存在，而且還揭示了地球深處一些熱源的位置。雖然它是一種硅酸鈣礦物，但davemaoite還承載著潛入其晶體結(jié)構(gòu)的不同元素的流氓畫廊。這包括放射性元素，如鈾、釷和鉀，以及稀土元素。長期以來，人們一直認(rèn)為這種放射性元素產(chǎn)生了下地幔中大約三分之一的熱量循環(huán)(另外三分之二是45.5億年前地球最初形成時遺留下來的)。通過確定davemaoite的化學(xué)組成，研究人員現(xiàn)在可以確認(rèn)這些元素所在的位置。
這是因?yàn)椴┐耐呒{鉆石還含有一種高壓形式的冰以及另一種稱為方鐵礦的高壓礦物(SN:3/8/18)。Tschauner說，這些內(nèi)含物的存在有助于縮小可能形成davemaoite的粗略壓力：介于240億帕斯卡和350億帕斯卡之間。他補(bǔ)充說，很難準(zhǔn)確地說出對應(yīng)的深度。但這一發(fā)現(xiàn)直接將熱量產(chǎn)生(放射性物質(zhì))、水循環(huán)(冰)和碳循環(huán)(以鉆石本身的形成為代表)聯(lián)系起來，所有這些都在深層地幔中，Tschauner說。
位于坦佩的亞利桑那州立大學(xué)的地球物理學(xué)家Sang-HeonShim說，這種新礦物的另一個有趣的方面是，與實(shí)驗(yàn)室預(yù)測相比，它的鉀含量驚人地豐富。Shim說，大多數(shù)創(chuàng)造這種礦物的實(shí)驗(yàn)都產(chǎn)生了“幾乎純的硅酸鈣鈣鈦礦”?？茖W(xué)家們現(xiàn)在只能推測額外鉀的來源是什么，但這種意想不到的成分暗示下地?？赡鼙认胂蟮母s亂，其復(fù)雜性很難僅從實(shí)驗(yàn)室研究中預(yù)測。
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