南非鑽石揭示地函深處鎳合金證據,解鎖地球內部奧秘

编辑者: Vera Mo

一項開創性的研究,透過分析來自南非沃斯普魯特礦區的鑽石,首次提供了地球深處地函中存在富鎳合金的直接自然證據。這些鑽石內部的微小包裹體,揭示了科學家們長期以來預測在地函深處會發生的化學反應,為理解地球內部運作機制及揮發物豐富岩漿的形成提供了寶貴的洞見。

由希伯來大學地球科學研究所的亞耶爾·坎佩(Yael Kempe)和亞科夫·韋斯(Yaakov Weiss)領導的研究團隊,分析了形成於地表下約280至470公里深處的鑽石。他們的研究成果發表於《自然地球科學》(Nature Geoscience)期刊,確認了鑽石中含有鎳鐵金屬奈米包裹體及富鎳碳酸鹽微包裹體。這些發現是首次在自然界中證實了先前理論模型所預測的、存在於地函深處的富鎳合金。

這些富含鎳的合金與碳酸鹽的共存,暗示了一種「氧化還原凍結」(metasomatic redox-freezing)的反應過程。在此過程中,富含氧化物的碳酸鹽質-矽酸鹽熔體滲入還原性的含金屬的二輝石岩中,進而促成了鑽石的形成。這種互動捕捉了一個短暫的地球化學瞬間,將還原性的地函岩石轉變為更富氧化物和揮發物的區域,同時透過還原碳酸鹽來形成鑽石。韋斯博士表示:「這是地函化學作用的罕見快照。鑽石就像微小的時間膠囊,保存了那些若無其事就會消失的反應。」

這項研究的意義遠不止於驗證現有模型。它對理解地函動力學和岩漿生成具有廣泛的影響。局部區域地函的週期性氧化,或許能解釋為何其他超深鑽石中的某些包裹體會記錄下異常高的氧化條件。此外,這些過程也為揮發物豐富岩漿的起源提供了線索。在這些氧化還原事件中,地函二輝石岩若富含碳酸鹽、鉀及不相容元素,便可能為之後形成金伯利岩、煌斑岩,甚至某些大洋島玄武岩奠定基礎。

這項發現再次強調了鑽石作為地質學研究載體的重要價值。它們所包含的包裹體,無論是奈米級的合金還是高壓礦物,都提供了我們一窺地表下數百公里深處條件的難得機會。這些來自地球深處的訊息,不僅是科學上的重大突破,更啟發我們對地球內部持續演化的複雜性與精妙性有更深的體悟,展現了地球系統內部的緊密連結與動態平衡。

來源

  • Brigitte Gabriel

  • Phys.org

  • Nature Geoscience

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