一项“超热”的新实验揭开了地球失踪矿物的谜团
想要透过地壳、上地幔、下地幔和地核等构成地球的层层结构向下观察绝非易事 。 毕竟 ， 地球上并没有一个可以随时提供研究的横截面 。
现在 ， 科学家们认为他们在下地幔中发现了一种新的矿物 ， 这一部分占地球总体积的55% 。
上图：地幔钙钛矿的原子级晶体结构从左到右依次为：桥锰矿、新型钙钛矿、达维毛石 。
事实上 ， 我们已经知道了该层（下地幔）的三种主要矿物（桥锰矿、铁方镁石和达维毛石） ， 但是 ， 很可能还有另一种 。 在很长的一段时间以来困扰研究人员的是 ， 由于桥锰矿和达维毛石的晶体结构相似（技术上称为钙钛矿结构） ， 理论上它们应该在高温下融合在一起 。
然而 ， 之前的实验并没有证明这一点 。
亚利桑那州立大学的地球科学家 Dan (Sang-Heon) Shim 说：“尽管达维毛石和桥锰矿的原子尺度结构非常相似 ， 但为什么它们没有合二为一呢？20年来 ， 这个问题一直让研究人员着迷 。 ”
“人们已经做了很多尝试来寻找这两种矿物融合的条件 ， 但实验的答案一直是两种不同的矿物 。 这就是我们觉得在实验中需要一些新的新想法的地方 。 ”
通过在一个特殊的房间里进行一系列高压加热实验 ， 研究人员试图模拟整个下地幔的条件 。 至关重要的是 ， 它们的升温速度非常快 ， 在不到一秒的时间里达到了1650到1925摄氏度（3000到3500华氏度） ， 然后又上升到了2800摄氏度左右 。
这些小的受热样品（现在的温度代表了下地幔最顶层到下地幔深处的温度） ， 将通过X射线成像来观察其矿物结构 。 出乎意料的是 ， 在接近2000摄氏度或更高的温度下 ， 一种钙钛矿矿物被发现形成了 ， 它是达维毛石和桥锰矿的组合 。
这表明 ， 由于温度和压力更大 ， 下地幔的较深部分与较浅部分具有不同的矿物混合 。 较深部分的达维毛石和桥锰矿的组合 ， 会增加一种额外的矿物需要考虑 ， 研究人员认为铁可能扮演着重要的角色 。
密歇根州立大学的矿物学家 Byeongkwan Ko 说：“人们认为 ， 钙和镁（分别是达维毛石和桥锰矿的主要阳离子）之间的较大尺寸差异 ， 应该会阻碍这两种矿物的合并 。 但我们的研究表明 ， 它们可以在炎热的环境中克服这种差异 。 ”
地球的地幔以前比现在热得多 ， 这表明钙钛矿矿物的合并应该更普遍 ， 因此地质成分随着时间的推移发生了显著的变化 。
这些发现与之前的研究结果相吻合 ， 即下地幔的性质随着深度的增加而改变 。 这是未来的研究将能够进一步分析的东西 —— 包括它的当前状态和过去的状态 。
研究人员在他们发表的论文中写道：“我们的发现需要修订深层地幔矿物学模型 ， 并将对我们理解该区域的组成、结构、动力学和演化产生影响 。 ”
这项研究发表在《自然》杂志上 。
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