中新社北京12月12日电 (记者 孙子)46亿年前，地球剧烈颤抖，由于频繁剧烈的星体碰撞，地表和内部存在滚烫的岩浆海洋。水不能以液态存在，也不能维持生命。在这样的环境下，地球如何保存生命起源和生存的“水火”呢？
中国科学院广州地球化学研究所杜志学研究员带领的研究团队近日通过高温高压实验在国际上首次证实，在地球形成早期的超高温环境下，大量的水可以通过矿物结晶过程被高效地“困”在地幔深处。
在这项研究中，我们展示了来自地球深层岩浆海洋的桥石“岩水”的想象图（人工智能生成的图像）。图片提供：广州I中国科学院地球化学研究所
地球深层研究的这一重要发现更新了人类对地球深处水的储存和早期分布的认识，并表明深层水储存可能是促进地球从炽热的炼狱转变为宜居星球的关键力量。相关研究文章于北京时间12月12日凌晨在线发表在国际学术期刊《Science》上。
颠覆传统知识
研究小组称，随着早期地球岩浆海洋的冷却，固体矿物结晶并逐渐形成地幔。其中，桥锰矿是地幔中结晶的最古老的主要矿物，含量超过一半。它就像一个微型的储水容器。它“截留水”的能力（水分配系数）直接决定了有多少水可以从岩浆转移到固体地球上。
基于相对l在低温实验条件下，以往的研究认为桥石的储水能力有限。在这项研究中，杜志学团队利用自主研发的高温高压实验模拟装置，成功地将实验温度提升到了4100摄氏度左右的极高温度。最新数据显示，随着温度升高，矿物质“锁水”的能力显着增强。
这是地球“岩浆海洋”最热的阶段，结晶的桥石可以“捕获”并储存比之前想象的多得多的水，使其能够“捕获”并将水储存在“深层下地幔”中。这直接颠覆了“几乎不含水”的传统观念。
取得一系列进展
研究团队指出，该研究克服了两大技术挑战。其中之一是在实验室模拟极端环境，超过660公里进入地下。第二个目标是在“灰尘”水平小于人类头发直径 1/10 的实验样品中准确捕获浓度低至 1/10,000 的微量水分信号。
本研究结果示意图。图片提供：中国科学院广州地球化学研究所
研究团队首先搭建了具有能够加热的金刚石压力室的实验装置，利用高温激光成像，成功模拟了地幔深处的条件并精确测量了相平衡温度，为揭示温度对水分布的重要控制作用奠定了坚实的基础。
同时，研究团队还利用中科院广州地球化学研究所先进的分析平台，结合冷冻三维电子衍射、纳二次离子质谱等前沿科技工具尝试一下，这是中国地质科学院地质研究所龙涛研究员团队的原创想法。已经开发出许多独特的新方法，用于使用子探针断层扫描技术在微米和纳米尺度上分析痕量水。
这一系列分析技术的进步就像为微观世界配备了超高分辨率化学计算机断层扫描和质谱仪。该研究成功识别了样品中水分子在微米级的分布信号，破解了桥石的“锁水”密码。
具有强大的意义
研究小组根据这一新知识建立了岩浆海洋结晶模型。模拟结果表明，桥锰矿在地球早期高温下强大的“困水”能力，可以使下地幔在岩浆海洋凝固后成为整个固体地幔中最大的水库，具有储水能力城市规模比之前模型估计的大 5 到 100 倍。据估计，原始固体地幔中储存的水量相当于蒂尔现代海洋总水量的 0.08 至 1 部分。
研究团队代表（从左至右依次为博士后研究员王万英、博士后研究员卢文华、研究员杜志学、博士后研究员李俊伟）在实验室。图片提供：中国科学院广州地球化学研究所
研究小组表示，深埋的水并不是静态的“库存”。它就像地球这个巨大地质机器的“润滑油”。它降低地幔岩石的熔点和粘度，促进内部物质循环、板块运动等重要地质过程，为地球持续演化提供活力。
他们认为，随着时间的推移，深层的水逐渐被“抽”到地表通过岩浆作用等地质过程，参与了原始大气和海洋的形成。这种46亿年前封存在地球“骨头”中的“水火”可能成为将地球从岩浆炼狱转变为蓝色宜居星球的关键力量。 （完）
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