了解全球碳循環(huán)為科學(xué)家提供了關(guān)于地球宜居性的重要線索

了解全球碳循環(huán)為科學(xué)家提供了關(guān)于地球宜居性的重要線索。

這就是為什么地球有穩(wěn)定的氣候和低二氧化碳的大氣。比如金星溫度高，表面溫度高，二氧化碳大氣層厚，失控。

地球和金星的主要區(qū)別之一是地球上活躍的板塊結(jié)構(gòu)，這使得我們的環(huán)境在我們的太陽系中獨一無二。

但是大氣、海洋和地殼只是故事的一部分。地幔占地球體積的75%，其碳含量可能高于所有其他儲層。

碳是有機生命的基本組成部分之一，它通過俯沖進(jìn)入地球，在那里大大降低了固體地幔的熔點，在淺地幔中形成碳酸化熔體(富含碳的熔融巖石)，并為地表火山提供燃料。礦物質(zhì)也可以被運送到地球更深處，到達(dá)下地幔，但接下來會發(fā)生什么還不確定。

回答這個問題充滿了挑戰(zhàn)——地球深處的條件極端，來自地幔的樣本很少。解決方案是在實驗室中使用復(fù)雜的技術(shù)重建這些條件。

現(xiàn)在，布里斯托爾大學(xué)的一組實驗地球科學(xué)家已經(jīng)做到了這一點。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《地球和行星科學(xué)快報》上，揭示了一條新的線索，即當(dāng)碳酸鹽礦物通過海洋地殼俯沖(地球的一個構(gòu)造板塊在另一個地下滑動)被輸送到地幔時會發(fā)生什么。

他們的發(fā)現(xiàn)揭示了碳酸鹽俯沖超過1000公里深的障礙，在那里它與海洋地殼中的二氧化硅反應(yīng)，形成鉆石，在地質(zhì)時間尺度上儲存在地球深處。

地球科學(xué)學(xué)院的詹姆斯德瑞維特博士解釋說：“碳酸鹽礦物通過地球的下地幔是穩(wěn)定的。如果沒有，那么壓力/溫度的變化會引起礦物之間的反應(yīng)，它們看起來像什么？這些都是我們想要找到答案的問題——獲得這些答案的唯一方法就是重現(xiàn)地球內(nèi)部的條件?！?

Drewitt博士和他的團(tuán)隊使用激光加熱的鉆石砧對合成碳酸鹽巖進(jìn)行非常高的壓力和溫度，這可以與高達(dá)90 GPa(約90萬個大氣壓)和2000攝氏度的深層地球條件相比較。他們發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽在1000-1300公里的深度保持穩(wěn)定，幾乎是地核的一半。

在這些條件下，碳酸鹽會與周圍的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，形成一種叫做布里奇曼石的礦物，這種礦物形成了地球的大部分地幔。這個反應(yīng)釋放的碳是以固體二氧化碳的形式存在的。隨著周圍的熱地幔最終加熱俯沖板塊，這種固體二氧化碳將分解形成超深的鉆石。

德雷維特博士補充道：“最后，超深的鉆石可以在上升的地幔柱中返回地表。這個過程可能代表了我們在表面發(fā)現(xiàn)的超深鉆石的來源之一，它提供了我們唯一直接的成分證據(jù)。地下深處

“這是令人興奮的，因為人類最深處已經(jīng)能夠鉆12公里左右，還不到地殼深度的一半。這與地球巨大的地幔相比相形見絀，后者延伸到近3000公里的深度?！?

研究小組使用鉆石砧產(chǎn)生的壓力與在這些深度發(fā)現(xiàn)的壓力相同。在顯微鏡下，樣品被裝載到由金屬墊圈鉆出的壓力室中，然后被壓縮在寶石質(zhì)量的明亮式切割鉆石砧之間。然后在牛津郡的英國同步加速器中用x光衍射分析了這些樣品的晶體結(jié)構(gòu)。

德雷維特博士現(xiàn)在計劃將這些高壓高溫實驗和先進(jìn)的計算機模擬技術(shù)應(yīng)用于其他礦物和材料，并補充說：“除了碳之外，還有幾種海水可以滲透到地幔中，這些海水在釋放時會導(dǎo)致地球上地幔和下地幔的融化。

“然而，我們不能完全測試或理解這種富含水的熔巖的動態(tài)行為模型，因為我們不知道它們的成分或物理性質(zhì)。我們目前正在研究的極端條件下的實驗和先進(jìn)的計算機模擬將有助于解決這些問題?！?

標(biāo)簽：