科學新知：鑽石隱藏地球物質循環的秘密

2008-08-14 07:20 作者:翁玲編譯 一份剛剛發表的科學研究證實，人類可由鑽石中的微量礦物來窺探地球深處的秘密。布里斯托大學一科學團隊在七月底發表了這個令人振奮的實驗成果，它已刊登在最近一期《科學》期刊上。

地球主要由岩石所構成，從表面到內部可分為地殼、地函與地核三層。中洋脊火山活動是在大洋底綿延七千公里海底山脊下的火山活動，由於上部剛性岩石圈物質兩側被張力拉開，從地函來的岩漿上升以填補張裂後所造成的空隙，這些岩漿噴發於地表，冷卻後形成海洋地殼。舊的海洋地殼最終會回到隱沒帶（subduction zones），即地球岩石圈中對流的沉降流所在的地區。

布里斯托大學地球科學系博士、同時也是這項科學發現的第一作者麥克·華特（Michael Walter）表示，「對地球科學而言，長久以來存在的一個問題，即隱沒的海洋地核到底發生了什麼事？隱沒層的地震映射提供強而有力的證據顯示它可以被帶到深處，甚至可能達到核心地函邊界，距離比地表還深2900公里。它可以在這樣的地殼墓地裡存在幾十億年，然而它最終的命運仍然不確定。」

華特還說，「另一個有力的地球化學證據顯示，海洋地殼在地函中燜煮很長的時間後，如十億年後，海洋地殼會變成原來的同位素（同分異構物）這與周圍的地函是完全不同的。但若地殼因為特殊原因進入地函的熔化區，新的岩漿與舊的海洋地殼不同。」

但許多問題依然存在，如：海洋地殼相較於岩漿如何產生獨特的指紋？固態的地殼飄蕩在地函中就像一塊大理石蛋糕然後再被熔化？或地殼在地函深處熔化，接著和地函岩石反應而形成混合岩石？華特團隊從鑽石內部微量礦物推測海洋地殼可以在地函深處被熔化。

儘管海洋地殼並沒有太多碳酸鹽，僅有很少的熔化物形成，這微量的熔化物充滿地殼特有的化學元素。後續熔化的地函岩石包含這些少量的碳酸鹽熔化物產生出帶有地殼特徵的岩漿。但如何證明呢？

由於鑽石的形成需要很高的壓力，所以鑽石能夠提供壓力極高地球深部的一些線索，這個深度是無法用鑽機來探勘。當碳酸鹽含量多的液體從地函上升，鑽石會邊吸取這些礦物質來形成結晶。華特團隊所研究的鑽石取自巴西Juina地區，這個地區的鑽石因內部含有地函深處的礦物質而著名。

在海洋地面噴出的岩石耗費幾億年接觸海水，因此，部分岩石與海水作用形成碳酸鹽礦物。華特團隊推測在海洋地殼存在的這些礦物其熔點相較周圍的地函低。

在經過無數次實驗、量測與計算，研究員證實鑽石及鑽石內部是由地函中少量的碳酸鹽熔化物所構成的結晶。此外，研究人員推測這樣的熔化物遍及整個地函，且這熔化物長時間透露它特殊的地殼特徵。