超深層鑽石揭示地球內部水循環機制

地球科學 鑽石研究 深部水循環 地質學 同步加速器

要約

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2026年8月5日,一項發表於科學報告期刊的研究指出,巴西研究團隊在巴西馬托格羅索州朱伊納地區發現了一顆超深層鑽石,內部封存著微小的針鐵礦結晶。這項發現提供了直接證據,證實這種常見於地表土壤與海床的含水礦物能夠承受地幔深處的極端高溫高壓。 過去科學界普遍認為,當海洋板塊透過隱沒帶下沉時,溫度會在淺層迅速升高,導致針鐵礦釋放水分並轉化為赤鐵礦,因此無法將水帶入地球深部。然而,這顆由巴西同步加速器光源實驗室的西利斯設施分析的鑽石顯示,在特定地質條件與保護下,含水礦物確實有機會深入下地幔。 研究人員利用高解析度X射線微斷層掃描與光譜學技術,確認了鑽石內部未受外界汙染的密封空間中含有針鐵礦、赤鐵礦及磁鐵礦。這些礦物的共存挑戰了傳統認知,並印證了先前中國四川大學與德國拜羅伊特大學的高壓實驗結果,證明針鐵礦能在高達35至57吉帕斯卡的壓力下保持穩定。 這項研究重新塑造了科學界對地球深部水循環的理解,表明地表水份可以透過深層隱沒板塊抵達原本被認為極度乾燥的下地幔區域。水分的存在會降低周圍岩石的熔點並產生微量岩漿,對於推動地球內部物質循環與火山活動具有深遠的啟示。

キーポイント

01

🔹 超深層鑽石與發現背景

【📌 研究發表時間】2026年5月相關成果發表於科學報告期刊 / 【📌 鑽石來源】由地質學家費尔南達·格瓦索尼和蒂亞戈·雅洛维茨基於2018年7月在巴西馬托格羅索州朱伊納地區的黃金開採合作社獲得 / 【⭐ 深度特徵】這些超深層鑽石形成於地下300公里深處以上,由火山岩漿帶到地表,內部封存了保存遠古環境資訊的礦物內含物。

02

🔸 針鐵礦作為深層水載體

【📌 核心礦物】針鐵礦(富含鐵的氫氧化物礦物,常見於土壤與海床) / 【⭐ 突破性發現】透過西利斯粒子加速器的分析,證實針鐵礦能夠攜帶水分子並熬過地幔深處的極端高壓與高溫環境 / 【📈 因果關係】在地質隱沒帶中,受保護的海洋板塊能將含水礦物送入超過400公里甚至下地幔深處,打破了過去認為含水礦物無法抵達深部的傳統觀點。

03

⭐ 先進實驗室與分析技術

【🏛️ 研究機構】由巴西能源與材料研究中心旗下的巴西同步加速器光源實驗室團隊主導 / 【🔬 儀器設備】利用西利斯粒子加速器的莫尼奧光束線進行高解析度X射線微斷層掃描,並在卡爾瑙巴與埃馬光束線透過X射線光譜學與繞射技術識別密封小囊中的所有礦物成分 / 【⭐ 獨特性】這是全球首個完全由巴西團隊使用本國尖端設施從頭到尾分析超深層鑽石的研究。

04

📊 高溫高壓下的極端穩定性

【📊 壓力數據】實驗與自然樣品顯示針鐵礦能承受35至57吉帕斯卡的壓力,相當於深海底部壓力的500倍 / 【🌡️ 溫度數據】承受溫度範圍介於877至1827攝氏度之間 / 【⚖️ 對比驗證】此結果與中國四川大學2021年的衝擊壓縮實驗及德國拜羅伊特大學的鑽石壓砧槽實驗結果相符,證實其在高溫高壓下的生存能力。

05

💡 地球深部水循環的重塑

【🌊 水循環影響】證明了地球下地幔並非完全乾燥,表面水分確實能透過板塊隱沒送達地球深處 / 【🔄 物質連鎖反應】水分的釋放會降低周圍岩石的熔點,進而產生微量岩漿並緩慢上升至地表 / 【🎯 未來展望】此發現為理解地幔過渡帶及下地幔的物理化學性質、岩漿起源提供了關鍵證據。

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