大約46億年前，世界看起來並不像我們今天看到的寧靜的藍色世界。來自太空的反复撞擊導致地球表面和內部變得湍急並融化。地球的大部分地區被全球岩漿海洋覆蓋。溫度如此之高，液態水無法生存。這顆年輕的星球更像是一個燃燒的熔爐，而不是一個能夠維持海洋或生命的地方。
然而，海洋目前覆蓋了地球表面約 70% 的面積。水如何承受從熔融早期階段到更大質量行星的轉變長期以來一直困擾著科學家，並推動了數十年的研究。
深藏的水 裡面 行星
中國科學院廣州地球化學研究所（GIGCAS）杜志學教授最近領導的一項研究提供了新的解釋。研究小組發現，當地幔冷卻並從熔岩中結晶時，大量的水可能儲存在地幔深處。
他們的結果發表在 科學 12 月 11 日正在改變科學家們對地球深處儲水的看法。研究人員表明，地幔中最豐富的礦物橋錳石在顯微鏡下可以起到“水容器”的作用。這種能力可能使早期地球在地球結冰時能夠在地表下保留大量的水。
研究小組發現了一個早期的水庫。這可能在世界從一個充滿火熱和敵對的世界轉變為一個可以維持生命的世界的過程中發揮關鍵作用。
極端條件下保水性測試
之前的實驗表明橋石只能容納少量的水。然而，這些研究是在相對較低的溫度下進行的。為了回顧這個問題，研究人員必須克服兩個主要障礙。他們需要重建地表以下 660 多公里處的極端壓力和溫度。他們必須在礦物樣品中檢測出極微量的水。它比人類頭髮絲寬度的十分之一還要細。而且水的含量只有百萬分之幾百。
為了應對這些挑戰，該團隊創建了一種結合了激光加熱和高溫成像的金剛石砧座系統。這種專門設計的裝置通過創造深層地幔條件並精確測量平衡溫度，可以將溫度提高到約 4,100 °C。研究人員能夠探索熱量如何影響礦物質吸收水分的方式。
先進工具揭示隱藏的水
利用 GIGCAS 的先進分析工具，科學家們使用了多種技術。包括三維低溫電子衍射和NanoSIMS。他們與中國地質科學院地質研究所龍濤教授合作，還結合了原子探針斷層掃描（APT）。
這些方法共同發揮作用，就像微觀世界的“化學 CT 掃描儀”和超高分辨率“光譜儀”。這種方法使團隊能夠繪製出小樣本中水的分佈情況。並證實水溶解在橋石本身的結構中。
比想像中更深的斗篷。
實驗揭示了橋石具有鎖水的能力。這是通過水分配係數來測量的。在較高溫度下該值增加得更快。在世界上最熱的岩漿海洋中，新形成的瑪尼特橋可以容納比科學家之前認為的更多的水。這一發現挑戰了長期以來認為下地幔完全乾燥的假設。
利用這些結果，該團隊模擬了地球岩漿海洋如何冷卻和結晶。他們的模擬表明，這是因為橋石在極端高溫下可以有效地保留水分。因此，在岩漿海洋冷卻後，下地幔成為固體地球內最大的水庫。模型表明，水庫可能比之前估計的大 5 至 100 倍，總水量為當前海洋體積的 0.08 至 1 倍。
類水世界的演化有多深？
這些儲存在深處的水不僅被困住了。但它相反，它是世界內部發動機的“潤滑劑”。降低地幔岩石的熔點和粘度水刺激內部循環和板塊運動。這為地球提供了長期的地質能量。
在浩瀚的時間裡，一些水逐漸通過火山爆發和雜誌返回到地表。這個過程導致了地球早期大氣和海洋的形成。研究人員認為，這種埋藏的“水火花”可能是將地球從熔岩地獄轉變為我們今天所知的適合生命的藍色星球的決定性因素。
