鉆石探測地下隱秘海洋

諾亞

地球表面由陸地和海洋組成，海洋的面積占了整個地表的70%左右。海洋的水與地球上的生命息息相關。

但其實，地球表面的深處也潛伏著一片海洋，這是一個秘密的水世界。那么我們是怎么知道它的存在的呢？這要從一顆顆鉆石開始說起。

不過，這里提到的鉆石是帶有雜質的鉆石。在珠寶行業，這些鉆石一文不值，但對地質學家們來說，這些鉆石卻非常重要。

來自地球內部的信使

我們每天看到和接觸到的地表只是地球的一小部分，地球的內部其實有著復雜的結構。地球的中心是富含鐵和鎳等金屬元素的地核，在地表和地核之間的是地幔，它包含著一層可以流動的巖漿，而這里就是鉆石形成的地方。在高溫、高壓的情況下，碳元素會生成天然鉆石，這些天然鉆石形成的時候，會將附近地幔中的一些物質困在它們的立體結構中。然后，天然鉆石會帶著這些物質來到地表，提供給我們一個直接觀察地球深處物質的好機會。

不過，鉆石的地表之旅并不容易。雖然地幔中的鉆石可以通過山系形成的過程緩慢上移，但是它們還沒到達地表有可能就會變成石墨。因為在高溫但壓力變小的環境下，鉆石就會變成結構更簡單的石墨。只有通過火山噴發的過程，直接從深層地幔來到地表的鉆石才能保持完整。由于這些鉆石的硬度高、上升速度又很快，鉆石內部的夾雜物（地幔物質）才能被完整地保留下來。

鉆石內部的冰

幾十年來，科學家們一直在研究鉆石，以了解我們腳下的世界。2018年3月，由美國內華達大學教授奧利弗·茨科納領導的團隊，在對一顆從非洲提取的鉆石進行掃描時，發現了一種令人出乎意料的物質——冰。

通常，冰在寒冷的環境下才會形成，它怎么會出現在鉆石的內部呢？

實際上，水分子（氫原子和氧原子）連結會形成固態的冰，但連結的方式不只有一種，也就是說，冰不只有一種結構，在極端的溫度和壓力下，冰會呈現出更奇特的結構。但正常情況下，自然界只有一種冰，即我們最常見到的那種。除了這種最常見的六邊形結構的冰之外，科學家還在實驗室里制造出了16種不同結構的冰，并將它們以序號命名，比如：冰Ⅱ、冰Ⅲ等。

這次在鉆石中發現的冰是冰Ⅶ，它是一種呈立方體結構的冰，科學家們通過實驗驗證，得到冰Ⅶ的形成條件：由液態水在室溫和30億帕的壓力下形成，30億帕約為大氣壓強的30000倍。這是科學家們首次在自然條件下發現其他結構的冰。科學家們推測冰Ⅶ與鉆石不是同時生成的，當鉆石還在地下數百千米處時，高溫讓水無法結晶形成冰，液體一直被困在鉆石中，直到鉆石從地底噴出，來到地表。此時，鉆石仍保持著很高的內部壓力，而溫度卻下降了，液態水便成了冰Ⅶ。

當然，不只這一顆鉆石中含有冰Ⅶ，科學家們在出產于中國、南非、扎伊爾（非洲）和塞拉利昂（非洲）的鉆石中均發現了冰Ⅶ的存在，這些鉆石證明了地球內部有液態水的存在。科學家推測，如果我們將地底鉆石中的水擠出來，水的總量可能和地表海洋中水的總量差不多，地球的深處也有一個特殊的海洋。

地球水的來源

科學家們認為含冰的鉆石也許可以幫助我們更加了解地球，比如，它為我們理解地球上水的來源提供了一些幫助。

一直以來，關于地球水的來源眾說紛紜，科學家們提出了許多的假說，其中最具代表性的是“外源說”和“內源說”。外源說認為，地球上的水來自于彗星和小行星，它們的成分是水和星際塵埃，彗星撞擊地球會帶來大量的水，而含有水的小行星墜落在地球上形成隕石，也會帶給地球一定量的水。經過數億年的累積，這些水匯聚成了今天的江河湖海。內源說認為，在地球形成之初，其內部曾包含非常豐富的氫元素，它們后來與地幔中的氧元素發生了某些化學反應，并最終形成了水。隨著火山的不斷噴發，地球內部的水分被釋放到大氣中和散布在地球的各處，并漸漸形成了地表的湖泊、江河和海洋。

雖然上述的兩種假說是目前的主流，但是無論哪一種都沒有確鑿的證據。既然地球的內部可能含有大量的水，那么內源說也許更具說服力？

其實也不一定，因為地球是由不同的板塊構成的，這些板塊緩慢地運動著，當它們碰撞時，除了擠壓形成山脈外，某部分板塊也會被推入地幔的深處，這部分地殼攜帶著冰冷又潮濕的巖石深入地幔。如果是大洋板塊被推入地幔，那么它還會攜帶來自海底的水，這些沉入地幔的物質也許是地球內部水的來源。

目前，我們仍不能完全確定地球內部水的總量、來源和其他可能的結構。不過，科學家們將繼續通過各種方式探索地球內部，這些方式包括觀察那些奇異的天然鉆石。