了解全球碳循环为科学家提供了关于地球可居住性的重要线索

了解全球碳循环为科学家提供了关于地球可居住性的重要线索。

这就是为什么地球气候稳定，二氧化碳含量低的原因。比如金星，温度高，表面温度高，二氧化碳大气层厚，失控。

地球和金星的主要区别之一是地球上存在活跃的板块构造，这使得我们的环境在我们的太阳系中独一无二。

但是大气、海洋和地壳只是故事的一部分。地幔占地球体积的75%，其碳含量可能高于所有其他储层。

碳——有机生命的基本成分之一——潜入地球内部，在那里大大降低了固体地幔的熔点，在浅地幔中形成碳酸化熔体(富含碳的熔融岩石)，为地表火山提供燃料。碳酸盐矿物也可以被运送到地球更深处，到达下地幔，但接下来会发生什么还不确定。

回答这个问题充满挑战——地球深处的条件极端，来自地幔的样本很少。解决方案是在实验室中使用复杂的技术来重建这些条件。

现在，来自布里斯托尔大学的一组实验地球科学家已经做到了这一点。他们的结果发表在“地球和行星科学快报”和open access上，揭示了新的线索，即当碳酸盐矿物通过海洋地壳的俯冲(地球的一个构造板块滑动到另一个板块之下)被运送到地幔时会发生什么。

他们的发现揭示了碳酸盐潜水超过1000公里深的障碍，在那里它与海洋地壳中的二氧化硅反应，形成地质时间尺度上储存在地球深处的钻石。

地球科学学院的詹姆斯德雷维特博士解释说：“碳酸盐矿物在地球的下地幔中保持稳定。如果不是，那么压力/温度的变化会引起矿物之间的反应，它们看起来是什么样的？这些都是我们想要找到答案的问题——获得这些答案的唯一方法就是重现地球内部的条件。”

Drewitt博士和他的团队使用激光加热的钻石砧对合成碳酸盐岩进行了非常高的压力和温度，可以与高达90 GPa(约90万个大气压)和2000摄氏度的地球深部条件相媲美。他们发现碳酸盐在1000-1300公里的深度保持稳定，几乎是核心的一半。

在这些条件下，碳酸盐会与周围的二氧化硅反应，形成一种叫做布里奇曼石的矿物，这种矿物形成了地球地幔的大部分。这个反应释放的碳是固态二氧化碳。随着周围的热地幔最终加热俯冲板块，这种固态二氧化碳将分解形成超深钻石。

德雷维特博士补充道：“最终，超深钻石可以在上升的地幔柱中重返地表。这一过程可能代表了我们在地表发现的超深钻石的来源之一，这为我们的成分提供了唯一的直接证据。深的

“这很令人兴奋，因为人类能够钻探的最深处约为12公里，不到地壳深度的一半。这与延伸至近3000公里深处的地球大规模地幔相比相形见绌。”

研究小组使用钻石砧产生相当于在这些深度发现的压力，将样品装入显微镜下由金属垫圈钻成的压力室，然后将它们压缩在明亮切割的宝石质量的钻石砧之间。然后在牛津郡的英国同步加速器设备中通过X射线衍射分析这些样品的晶体结构。

德雷维特博士现在计划将这些高压高温实验和先进的计算机模拟技术应用于其他矿物和材料，并补充道：“除了碳，还有几种海洋水可以深入地幔，释放时会导致地球上下地幔融化。

“然而，我们无法完全测试或了解这种富水熔岩的动态行为模型，因为我们不知道它们的组成或物理性质。我们目前正在研究的极端条件下的实验和先进的计算机模拟将有助于解决这些问题。”

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