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(yáng)系中獨(dú)一無(wú)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(chǔ)層。

碳是有機(jī)生命的基本組成部分之一，它通過(guò)俯沖進(jìn)入地球，在那里大大降低了固體地幔的熔點(diǎn)，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(yùn)送到地球更深處，到達(dá)下地幔，但接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么還不確定。

回答這個(gè)問(wèn)題充滿了挑戰(zhàn)——地球深處的條件極端，來(lái)自地幔的樣本很少。解決方案是在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)地球科學(xué)家已經(jīng)做到了這一點(diǎn)。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《地球和行星科學(xué)快報(bào)》上，揭示了一條新的線索，即當(dāng)碳酸鹽礦物通過(guò)海洋地殼俯沖(地球的一個(gè)構(gòu)造板塊在另一個(gè)地下滑動(dòng))被輸送到地幔時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

他們的發(fā)現(xiàn)揭示了碳酸鹽俯沖超過(guò)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(shí)間尺度上儲(chǔ)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(shuō)：“碳酸鹽礦物通過(guò)地球的下地幔是穩(wěn)定的。如果沒(méi)有，那么壓力/溫度的變化會(huì)引起礦物之間的反應(yīng)，它們看起來(lái)像什么？這些都是我們想要找到答案的問(wèn)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(duì)使用激光加熱的鉆石砧對(duì)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(wàn)個(gè)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(huì)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(gè)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(bǔ)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(gè)過(guò)程可能代表了我們?cè)诒砻姘l(fā)現(xiàn)的超深鉆石的來(lái)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?yàn)槿祟愖钌钐幰呀?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(jiàn)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(guó)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(jì)劃將這些高壓高溫實(shí)驗(yàn)和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)應(yīng)用于其他礦物和材料，并補(bǔ)充說(shuō)：“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(shí)會(huì)導(dǎo)致地球上地幔和下地幔的融化。

“然而，我們不能完全測(cè)試或理解這種富含水的熔巖的動(dòng)態(tài)行為模型，因?yàn)槲覀儾恢浪鼈兊某煞只蛭锢硇再|(zhì)。我們目前正在研究的極端條件下的實(shí)驗(yàn)和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬將有助于解決這些問(wèn)題。”

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