地幔深处有水吗？

在美国西北大学的一个保险柜内，保存着一批特殊的钻石。这些未经过抛光和切割的钻石原石远没有珠宝行里的成品钻石闪耀，甚至有些就像碎石子一样，但对科学家来说，这些来自巴西的钻石原石中含有的水透露了一个惊人的秘密——在地幔深处，可能隐藏着地球的“第五大洋。”

地幔深处迷雾重重

地球从外到内分为地壳、地幔和地核，而地幔又由上地幔和下地幔组成，两者之间有一段过渡带。地幔大约有2900千米厚，约占地球体积的83%。

人们已知，上地幔的某些区域是含水的，其中一部分颇具流动性，正是如此才有了岩浆、有了火山喷发。不过，即使是上地幔，其主要成分也是橄榄石，而橄榄石并不能结合多少水。因此，上地幔有水，但不多。至于上地幔之下的地幔深处是否也有水，科学家全然不知。

在地幔过渡带（位于上、下地幔之间）上层，高温高压会使橄榄石的结构改变，成为瓦兹利石。

到了地幔过渡带下层，瓦兹利石又会变成林伍德石。

理论上，瓦兹利石的晶格会出现空隙。氢原子可以钻进这些空隙中，随时准备与瓦兹利石中本身就有的氧原子结合，形成水。因此，在科学家看来，瓦兹利石里含独立的氢原子，也就代表其中有“水”。

理论上，林伍德石的“水”容量可达其重量的1%～3%。乍一听这个比例很小，但要知道过渡带厚达250千米，其重量占地球的7%（地壳只占1%），这样一算，说过渡带中可能藏着堪比海洋的水，似乎并非空穴来风。

在很长一段时间内，科学家基本只接触过在实验室造出来的林伍德石，除此之外还有一些陨石中的林伍德石。地幔原生林伍德石的性质会不会跟实验室数据吻合，谁也说不准。直到科学家到巴西去做了一番调查，事情有了转机：地幔原生林伍德石“本尊”在钻石中现身了。

观奇石 窥地幔

在巴西朱伊纳地区，一支国际科研小队埋头寻找从河流中淘洗出的钻石。钻石在地幔中形成时，可能会包裹一些矿石颗粒，等到火山喷发，这些矿石就被钻石带到蓝天之下。科学家搜罗钻石，正是为了研究其夹带的矿石。

几经搜寻，一批钻石被科学家挑中，带回到实验室。之后，就是对它们做例行检测。在检测中，多数钻石都“表现平平”，其中包裹的只是一些常见矿石。唯有一颗钻石的检测结果，让科学家瞪大了眼——里边儿针尖大小的杂质，居然是来自过渡带的林伍德石，不仅如此，这颗林伍德石还含有1%的“水分”。

看来，过渡带的林伍德石真的能储存“水”。不过，只凭借一颗含“水”林伍德石，是不能推断过渡带大多数区域都有含“水”林伍德石的，有可能只是这个地区的过渡带比较特殊。

怎么获悉含“水”林伍德石的分布情况呢？靠地震波。地震波是目前人类所知的唯一能穿透地球内部的波，研究地震波的变化就好比给地球做“CT”。科学家汇总了北美地区上千个地震记录仪采集的地震波数据，他们惊讶地发现，地震波的纵波在经过该地区过渡带时常常会减速。他们推测，地震发生时，过渡带会轻微沉降，其中的林伍德石面对骤升的压力和温度，一边将氢原子从晶格中“吐”出，一边熔融成液态，而氢原子在被“吐”出前，拉上林伍德石中的氧原子形成了水。地震波的纵波就是因为遇上这些液态区域，速度才猛然降低。因此，至少对于北美地区来说，含“水”林伍德石在过渡带并不少见。

“水”一直都在

对钻石的研究，为地幔过渡带含“水”提供了愈发充分的证据。但又一个问题是，这些“水”从何而来？

以前，很多科学家认为地球的水是外来的——因为行星形成时温度极高，水根本无从凝结，所以最初的地球是“干干的”，等到富含水分的天体撞击地球后，地球才“湿”起来。如果过渡带中“水”量丰富，那么这一理论就要受到挑战了——哪怕过渡带的含“水”比例只有1％，它的总储“水”量也有地表海洋的两倍之多。

有人会问：“地壳中也有水，过渡带中的‘水’可不可能是从地壳渗下去的呢？”这不太可能。因为，从目前的情况来看，地壳水要到达过渡带，所需的时间比地球存在的时间还要久。因此，过渡带大概自地球成型以来就有“水”。

当下，一片广阔的过渡带“汪洋”的身影似乎正日渐清晰。那么，比过渡带还深的下地幔呢？在下地幔，极端高压会让林伍德石转化为布里奇曼石，后者几乎没有任何储“水”能力。但最近的研究表明，水在地幔中还有其他存在形式，比如跟一些其他矿石一起形成更复杂的含水矿物。下地幔甚至地核的情况究竟如何，耐人寻味。