钻石研究显示地球碳循环范围可能远超预期

伤我心太深

这是一颗取自巴西汝拉州的钻石，其表面被切开一个切口以观察其中有无包裹体

　　就像琥珀中包裹的昆虫可以提供很多信息一样，钻石中的矿物包裹体显示其化学组成源自海床环境，然而其包裹体生成环境却是在地幔深处，这是首个确实证据，显示碳循环的范围远大于之前预期

　　这是一幅示意图，显示钻石和其中的包裹体随着下冲的洋壳进入下地幔，随后随着上涌地漫流抵达上地幔，并最终以金伯利岩体出露的形式返回地表


　　新浪科技讯 北京时间9月23日消息，一项对深处地层中钻石的研究指出，生命活动可以对地表下很深的部位产生影响。
　　地球上所有生命都基于碳元素。这种元素会在地球的大气，海洋和地壳中进行循环，称为碳循环。地球上的一切生命，包括人，都是这一巨大循环体系的一部分。举例来说，我们以碳元素为基础的食物为生，包括糖，脂肪和蛋白质。与此同时我们也不断排出碳元素，如呼出的二氧化碳，当然现在还有我们的工业和汽车产生的排放。
　　一般认为，碳循环的地区集中在地表或接近地表的区域，但是最新的研究暗示这一循环覆盖的范围可能要比先前的设想大得多。如满布沉积物的深海地壳可以俯冲到大陆板块下方，进入上地幔，甚至到达650多公里深的炙热深部。按照这种情景来看，那么地球上的碳循环就绝不仅仅是局限在表层那样的一个小范围内的了。
　　然而要找出这一观点的确凿证据却被证明困难重重。现在机会终于出现了：在巴西发现的超深地层钻石提供了第一个确实的证据，即碳循环所发生的空间范围要比我们原先设想的大。
　　超深地层钻石
　　科学家们对出土于巴西汝拉州金伯利岩体中的6颗钻石样本进行了分析。地球表面发现的大部分钻石的生成地点深度都不超过地下200公里，但是在汝拉州地区，这里的情况有些不同寻常。这些钻石中或会带有一些杂质混入，称为包裹体，对这些包裹体矿物的分析显示它们的生成深度远大于200公里。
　　英国布里斯托尔大学地质学家麦克•沃尔特(Michael Walter)说：“钻石中的包裹体对于研究我们技术不可到达的地下深处真是太有用了。这就像是研究被封存在琥珀中的已灭绝的昆虫。尽管我们没有办法提取DNA并复活一头恐龙，但是我们却可以提取这些被封存的矿物样本进行分析，通过在实验室极端环境下测试矿物生长来确定其最初的产生环境。”
　　这些细微的包裹体——每个直径都仅有15~40微米，这相当于一根人类头发丝的2/5的1/6。对它们的分析结果发现，这些包裹体中包含了构成玄武岩的全部矿物组合。玄武岩是一种火成岩，属于喷出岩，是火山爆发时在高温高压下涌出地表，并随后由于暴露于地表环境而迅速冷却结晶后形成的。然而这些包裹体的形成环境只存在于地下超过435英里(约合700公里)处的地幔深处。这就说明这些包裹体中的矿物源自地表，并随着循环体系进入了地幔深处并被包裹进了钻石体内。
　　小组的化验还显示这些钻石的碳同位素参数同样符合近地表环境特征。自然界中所有碳原子中都含有6个质子，但是有一部分碳原子原子核中的中子数目有差异，比如碳-12的原子核中拥有6个中子，而碳-13就有7个中子，这就是同位素。而这些钻石样本具有低碳-13水平，意味着它们是地壳起源，而非地幔。
　　研究小组成员，华盛顿卡内基研究院的地质学家史蒂夫•肖利(Steve Shirey)解释说：“玄武岩是一种喷出岩，形成于地表，其中含有的碳元素同位素特征往往和地幔成因的岩石不同，相对而言它们拥有更低的碳-13丰度。而这些钻石样本显示显著的碳-13低水平，最有可能的便是古代的海底有机物沉积。”研究人员们推断，这些钻石是在海洋板块俯冲进入陆地板块下方时凝结形成的。
　　重见天日
　　当钻石在下地幔区域形成之后，在随后的岁月里它们可能曾一度接近地面，比如跟随从地心附近升涌的巨大炙热岩浆体——地幔羽，一起上升，这种上升过程可能从白垩纪就开始了，那时候地面上还是恐龙统治的天下。
　　沃尔特告诉记者：“地球上最大的碳元素储藏室可能是地幔，而不是传统认为的大气圈或生物圈，然而对于这一点我们却是了解最少的。从地球历史的角度看，地幔中的碳储备可能会对全球的碳循环构成影响。”有关这一发现的论文已经发表在了上周四出版的《科学》杂志上。(晨风)