鑲嵌在這片透明鉆石中的微小灰色礦物斑點是新命名的davemaoite的第一批樣本，davemaoite是一種僅在下地幔中形成的硅酸鈣鈣鈦礦礦物。
鉆石內部的一小塊巖石現在打開了一扇全新的窗戶，可以了解地球下地幔的樣子。研究人員在11月12日的《科學》雜志上報告說，鉆石內部是一種新發(fā)現的硅酸鹽礦物，稱為davemaoite，它只能在地球的下地幔中形成。這是科學家們第一次設法明確證明這種類型的下地幔礦物——以前只是從實驗室實驗中預測——確實存在于自然界中。該團隊以著名實驗高壓地球物理學家Ho-kwang(Dave)Mao(SN:3/16/04)的名字命名該礦物。
帶有明顯礦物內含物的鉆石來自博茨瓦納礦山，形成于660公里以上的深度，即地球下地幔的上邊界。使用包括X射線衍射、X射線熒光成像和紅外光譜在內的分析技術，拉斯維加斯內華達大學的礦物學家OliverTschauner及其同事確定了這種新礦物的化學組成和結構，將其確定為一種鈣硅酸鹽鈣鈦礦。
Tschauner說，科學家們此前估計，大約5%到7%的下地幔必須由這種礦物構成。但要直接觀察這樣的地球深部礦物是極其困難的。這是因為在下地幔的強大壓力下穩(wěn)定的礦物——一直延伸到地球表面以下2700公里——一旦壓力減弱，它們就會開始重新排列它們的晶體結構。
直到2014年，即使是地球上最常見的礦物，一種被稱為布里奇曼石的下地幔硅酸鎂鐵，在很大程度上也只是理論上的，當時人們發(fā)現它自然存在于一顆隕石中，該隕石以一種產生破碎、深地幔狀的力量撞擊澳大利亞巖石中的壓力(SN：11/27/14)。迄今為止，bridgmanite是唯一一種確認存在于自然界的其他高壓硅酸鹽礦物。
鉆石就像時間膠囊，在到達地表的過程中鎖定原始礦物形態(tài)。davemaoite的發(fā)現不僅證實了它的存在，而且還揭示了地球深處一些熱源的位置。雖然它是一種硅酸鈣礦物，但davemaoite還承載著潛入其晶體結構的不同元素的流氓畫廊。這包括放射性元素，如鈾、釷和鉀，以及稀土元素。長期以來，人們一直認為這種放射性元素產生了下地幔中大約三分之一的熱量循環(huán)(另外三分之二是45.5億年前地球最初形成時遺留下來的)。通過確定davemaoite的化學組成，研究人員現在可以確認這些元素所在的位置。
這是因為博茨瓦納鉆石還含有一種高壓形式的冰以及另一種稱為方鐵礦的高壓礦物(SN:3/8/18)。Tschauner說，這些內含物的存在有助于縮小可能形成davemaoite的粗略壓力：介于240億帕斯卡和350億帕斯卡之間。他補充說，很難準確地說出對應的深度。但這一發(fā)現直接將熱量產生(放射性物質)、水循環(huán)(冰)和碳循環(huán)(以鉆石本身的形成為代表)聯(lián)系起來，所有這些都在深層地幔中，Tschauner說。
位于坦佩的亞利桑那州立大學的地球物理學家Sang-HeonShim說，這種新礦物的另一個有趣的方面是，與實驗室預測相比，它的鉀含量驚人地豐富。Shim說，大多數創(chuàng)造這種礦物的實驗都產生了“幾乎純的硅酸鈣鈣鈦礦”。科學家們現在只能推測額外鉀的來源是什么，但這種意想不到的成分暗示下地幔可能比想象的更雜亂，其復雜性很難僅從實驗室研究中預測。
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