了解全球碳循环为科学家提供了关于地球宜居性的重要线索

了解全球碳循环为科学家提供了关于地球宜居性的重要线索。

这就是为什么地球有稳定的气候和低二氧化碳的大气。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活跃的板块结构，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。

碳是有机生命的基本组成部分之一，它通过俯冲进入地球，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)，并为地表火山提供燃料。矿物质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。

回答这个问题充满了挑战——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重建这些条件。

现在，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。他们的研究结果发表在《地球和行星科学快报》上，揭示了一条新的线索，即当碳酸盐矿物通过海洋地壳俯冲(地球的一个构造板块在另一个地下滑动)被输送到地幔时会发生什么。

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

地球科学学院的詹姆斯德瑞维特博士解释说：“碳酸盐矿物通过地球的下地幔是稳定的。如果没有，那么压力/温度的变化会引起矿物之间的反应，它们看起来像什么？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非常高的压力和温度，这可以与高达90 GPa(约90万个大气压)和2000摄氏度的深层地球条件相比较。他们发现，碳酸盐在1000-1300公里的深度保持稳定，几乎是地核的一半。

在这些条件下，碳酸盐会与周围的二氧化硅发生反应，形成一种叫做布里奇曼石的矿物，这种矿物形成了地球的大部分地幔。这个反应释放的碳是以固体二氧化碳的形式存在的。随着周围的热地幔最终加热俯冲板块，这种固体二氧化碳将分解形成超深的钻石。

德雷维特博士补充道：“最后，超深的钻石可以在上升的地幔柱中返回地表。这个过程可能代表了我们在表面发现的超深钻石的来源之一，它提供了我们唯一直接的成分证据。地下深处

“这是令人兴奋的，因为人类最深处已经能够钻12公里左右，还不到地壳深度的一半。这与地球巨大的地幔相比相形见绌，后者延伸到近3000公里的深度。”

研究小组使用钻石砧产生的压力与在这些深度发现的压力相同。在显微镜下，样品被装载到由金属垫圈钻出的压力室中，然后被压缩在宝石质量的明亮式切割钻石砧之间。然后在牛津郡的英国同步加速器中用x光衍射分析了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，并补充说：“除了碳之外，还有几种海水可以渗透到地幔中，这些海水在释放时会导致地球上地幔和下地幔的融化。

“然而，我们不能完全测试或理解这种富含水的熔岩的动态行为模型，因为我们不知道它们的成分或物理性质。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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