地球物理学家检测地球地幔中大量水的证据

地球内部的示意性横截面突出显示过渡区层（浅蓝色，410-660 km深度），具有大量高储水能力。Schmandt和Jacobsen的研究采用地震波检测岩浆在较低地幔顶部的深度深处。在研究的高压实验中也观察到这些条件下脱水熔化，表明过渡区可能与溶解在高压岩中的H2O溶解。图像

新的研究揭示了大量的水在地球披风的岩石中遇到的岩石。

研究人员发现了美国潜在的“海洋价值”的证据。

虽然没有以熟悉的形式出现，但根据研究，虽然在地球的地幔深处的岩石中，水的建筑块被束缚在岩石深处，但数量足以代表该地球上最大的水库。

多年来，科学家们试图通过板构造的动作建立水可能在地球表面和室内储层之间骑自行车。西北大学地球理主义史蒂夫·雅各布森和新墨西哥州地震学家布兰登施曼特在北美左右400英里的岩浆发现了岩浆 - 在这些深度的高压矿物晶体结构中存在的强大指标。

“全球的H 2 O含量长期以来一直是地球科学中最受约束的”地球化学参数“之一。我们的研究发现了披风过渡区广泛水合的证据，“雅各布森说。

从实验室实验中已知至少20年的地质学家，地球过渡区 - 位于较低的地幔和上部地幔之间的地球地幔的岩石层，在250到410英里的深度之间，理论上持有约1％其总重量为H 2 O，含有叫做Wadsleyite和Ringwoodite的矿物质。然而，正如Schmandt解释的那样，直到现在，它一直很难淘汰潜在的水库是否空虚，所以许多人都建议，或者没有。

如果在过渡带中确实是大量的H 2 O，那么雅各的最近实验室实验表明他应该大量他称之为“部分熔体”在地幔向下流出区域的区域。这种富含水的硅酸盐熔体是熔融岩石，其在固体矿物晶体之间的晶界，并且可能占岩石体积的约1％。

“发生熔化，因为水合岩石从过渡区携带，其中岩石可以将大量的H 2 O保持在下部的罩中，其中岩石不能保持多重H 2 O。熔化是摆脱不适合在较低地幔中存在的晶体结构中的H 2 O的方法，“Jacobsen说。

他补充说：

“当摇滚开始融化时，无论H 2 O都在岩石中绑定将立即进入熔体。因此，熔体将具有比其余固体更高的H 2 O浓度。我们不确定它如何到达那里。也许它自从地球历史早期以来被困在那里，或者也可能是不断被板块构造的回收。“

地震波

熔体强烈影响地震波的速度 - 由于地震或爆炸而穿过地球层的声音的电气状波浪。这是因为岩石般的岩石，如富含硅酸盐的岩石，非常快速地传播地震波。根据Schmandt的说法，如果只有一点熔体 - 甚至在这种岩石的晶粒之间加入甚至1％或更少，它会导致它变得更少，这意味着弹性波传播得更慢。

“我们能够从地震中分析地震波，在过渡带下方的地幔中寻找熔体，”Schmandt说。

“我们在美国中发现了什么。与过渡区向下流出区域存在的部分熔体一致。在没有H 2 O的情况下，很难在这些深度下解释熔化。这是一个良好的暗示，过渡区H 2 O储存器不是空的，甚至只有部分填充，这可能对应于大约与地球海洋中的H 2 O质量相同，“他补充道。

Jacobsen和Schmandt希望他们在6月份的杂志上发表的调查结果将有助于其他科学家了解地球如何形成的地球以及其目前的成分和内部工作，以及建立在地幔岩中的水困在一起。

“我认为我们终于看到了全地水循环的证据，这可能有助于解释我们可居住的星球表面的大量液态水。几十年来，科学家一直在寻找这个失踪的深水，“雅各布森说

地幔岩研究

该研究综合施曼德斯在美国阵列网络中分析了美国阵列的地震数据，其中包括Jacobsen的实验室实验，其中他在旨在模拟400英里的高压和温度下的条件下检查了地幔岩的行为在地球表面下方。

2004年至2014年间在美国阵列中的地震仪的示意图，并用于Schmandt和Jacobsen的研究，以检测北美下方地幔顶部的脱水熔化。图像

Usarray是EarthScope的一部分，该计划由国家科学基金会赞助。Jacobsen的实验是在两家能源用户设施中进行的，是布鲁肯国家实验室的先进光子来源和Brookhaven国家实验室的国家同步光源。

作为一个整体，他们的发现产生了强有力的证据，即融化可能发生在地球上约400英里，H 2 O储存在地幔岩中，例如含有矿物环矿的那些，这可能是这些深度的主要矿物。

Schmandt解释说，在进行过渡区和下地幔之间的边界的地震成像之后，他已经发现了这一发现。他发现证据表明，在“像熔体一样”的区域存在的区域中，一些地震能量已经从压缩或纵波转换为剪切或S波。转换后的S波在地幔流下和移出过渡区的区域中的相位表示比周围地幔显着更低的速度。该发现表明来自地球表面的水可以通过板构造的这种深度驱动，最终导致岩石中深入发现的岩石的部分熔化。

“我们使用了许多地震波转换，看看美国下方的许多地区。在过渡区下方可能有一些熔体。下一步是将这些区域与地幔流模型预测到过渡区的下行流出的区域进行比较，“Schmandt说。

林伍特

Schmandt和Jacobsen在3月份报告的探索中的调查结果在科学家在钻石中发现了一块蓝色矿物英国石头，从巴西火山乘火车从400英里的深度汲取。这片微小的环形垫片 - 我们在地球内的唯一样品 - 含有矿物质中的固体形式的令人惊讶的水。

“这不是曾经看过的第一个陆地林地 - 所有其他天然的英国石材的例子来自震惊的陨石 - 但环荷茅斯的微小包容量也充满了H 2 O，占总体重的约1.5％，”Jacobsen说。“这是关于我们能够在实验室实验中进入Ringwoodite的最大水量。”

虽然发现在大约700公里（434英里）深处的深层地幔中提供了直接证据，但钻石只采样了地幔的一点。Jacobsen解释说，该论文扩展了检索问题，以质疑在整个过渡区的广泛保湿程度如何。这很重要，因为在410至660公里（255到410英里）的深度为410至660公里（255至410英里）的大量岩石中存在H 2 O的存在将“显着改变我们对地球构成的理解”。

实验室种植湿润的卧式晶体，橄榄石的高压多晶型物，在地球的地幔中稳定在约520-660公里。这里示出的Ringwoodite含有约1重量％的H2O，类似于Schmandt和Jacobsen所制作的地震观察中的推测。图像

“散装地球中的已知量的H 2 O增加或三倍。在过渡区中只有1至2％的H 2 O重量，相当于海洋中H 2 O量的2至3倍，“jacobsen添加。

大问题

展望未来，雅各布森承认有些大问题仍然存在。例如，如果过渡区充满了H 2 O，这告诉我们地球水的起源是什么？是一个星球在一个星球的地球的地幔中存在的存在，以保留足够的原始水来形成海洋？此外，如何连接到表面储存器的过渡区中的H 2 O是如何？是过渡区，如果它包含大于海洋的H 2 O的地球化学储层，以某种方式缓冲地球表面上的液体水量？

“类比可能是海绵的那个，需要在液态水上支撑在顶部之前。在地球历史早期通过板块构造的过渡区是水的，或者从地幔中脱离海洋脱气，直到表面和室内储层之间达到平衡？“问jacobsen。

无论哪种方式，该研究可能对天体毒剂学家的兴趣很大，因为水通常如此紧密地与生物生物的形成密切相关。远程地球化学分析可能是检测此类过程的一种方法，如果宇宙中其他地方发生这种过程，则可能涉及使用NASA Messenger Spacecraft使用的类型的伽马射线，中子和X射线光谱仪的使用对于汞的远程地球化学映射。

“在其他难以到达行星上，不实际应用我使用的地震成像的类型。因此，我的猜测是，来自其他行星体的火山岩的地球化学分析可能是我们测试挥发物是否存放在地球内部的最佳方式，“Schmandt说。

刊物：

Brandon Schmandt，等，“脱水融化在较低的地幔顶部”2014年6月13日科学：卷。 344号。 6189 pp。1265-1268; DOI：10.1126 / Science.1253358D。G. Pearson等人，“由钻石中包含的Ringwoodite表示的”含水地幔过渡带，“自然507,221-224（2014年3月13日）; DOI：10.1038 / Nature13080

图片：史蒂夫雅各布森/西北大学; NSF-EarthScope.