难道地下500公里深处也有海洋？ _小知识

对于我们脚下500公里的地球深处，你了解多少？加拿大阿尔伯塔大学的Pearson教授最近在《自然》上发表的论文会让我们大吃一惊。作者通过X射线衍射、拉曼衍射、红外光谱等材料分析技术研究了一个来自地幔过渡带(距地表410-660公里处)的罕见矿石样品——尖晶橄榄石。他们的工作成果表明该样品富含水，同时支持了过渡带是含水区域的假说。
尖晶橄榄石
【难道地下500公里深处也有海洋？】对于橄榄石，或许我们并不陌生，它的主要成分是铁或镁的硅酸盐。然而，尖晶橄榄石却鲜为人知。尖晶橄榄石是在地幔500~660公里处，可以承受高温高压的一种高压多晶型橄榄石，以澳大利亚的地质学家Ted Ringwood命名。早在上个世纪，对于地震的观察表明地震波在某些不连续带会突然改变， Ted Ringwood首先提出这一观点：这些不连续是由于矿物橄榄石的相变化，这些橄榄石是上地幔的重要组成部分。这些变化会引起高压相，其中就包括被称为尖晶石结构的晶体结构。后来，人们陆续在陨石中发现了这种结构。

文章插图

然而，到目前为止，没有人见过来自地幔的尖晶橄榄石，尽管地球物理学家们都确信它一定存在。一方面，来自过渡带低地幔的样品非常罕见，只能在为数不多的罕见钻石中找到；另一方面，即使是在一个钻石内部，随着钻石从地表升起，它的内部压力逐渐降低，很自然，尖晶橄榄石会变成橄榄石。即便如此，在Pearson教授和他同事共同研究的钻石中，尖晶橄榄石还是保持了它原来的结构。这是一个惊人的发现，同时也表明该钻石移动到地表的速度极其地快，这很可能是过渡带岩浆产生的火山爆发引起的。

文章插图

地幔与地震

乍一听，地幔这个名字会让人感觉不知所云，但是，接着看下去，便会云开雾散。地壳下面是地球的中间层，叫做“地幔” ，厚度约2900公里，化学成分主要是含铁镁的硅酸盐(即橄榄石) ，占地球体积的83% ，总质量的68% ，这是地球内部体积最大、质量最大的一层。地幔可分为上地幔和下地幔这两层，有时也分为上地幔，下地幔，过渡带。

文章插图

单一的研究地幔或许太过空洞，缺乏实际意义，但是，当把地幔的构造与地震联系起来，将会为我们在防范灾害面前指引方向。有科学家认为深源地震(震源深度超过300公里)很可能由于地幔中矿物—橄榄石发生相变引起的。相变是指物质在温度，压力等外部参数发生连续变化时，从一种相态变成另一种相态的过程。

文章插图

一个由法国和美国研究人员组成的研究小组在《科学》上发表的期刊称他们借助同步加速器辐射和声学、材料领域的高端科技，在实验室成功模拟了深源地震发生的过程。此外，他们模拟地幔深处持续的高温高压环境，并且在此条件下，观察到在由橄榄石结构转变到尖晶橄榄石结构的过程中会发生化学键断裂，并形成新的晶核。这些键的断裂扩散极快，同时快速释放能量，产生弹性波。有了这些知识，你能想到一些监测地震的方法吗？

地表500公里深处的秘密
或许你还对《地心游记》这部经典科幻作品记忆犹新。一谈到地球内部的构造，很自然地就联系到电影里面的场景。电影里面，地球内部存在着波涛汹涌的海洋，怪异的史前动物，远古的原始森林还有巨大的蘑菇林。虽然这些描写奇异怪诞至极，但就目前看来，这种情况也不是毫无可能。