卡内基科学研究所 这幅漫画展示了一个俯冲的海洋板块像传送带一样从地表向下移动到下地幔
白色箭头显示了板块顶层(地壳和沉积物)相对完善的浅层循环路径，该路径流入弧形火山
研究小组通过研究钻石得出的新发现揭示了一条更深的循环路径，以浅蓝色显示
海底的水渗透裂缝使板块内部的岩石水合，形成“蛇纹石”，这些水合岩石有时会被带到下地幔顶部
这是将水、碳和其他表面元素转移到地幔深处的主要途径
信用:范
设计工作室 在地球地幔深处形成的钻石含有发生在海底的化学反应的证据
探测这些宝石可以帮助地球科学家理解物质是如何在行星表面和其深度之间交换的
在《科学进展》发表的新研究证实，蛇纹岩——一种由橄榄岩形成的岩石，当水渗透到海底裂缝时，橄榄岩是地球地幔中的主要岩石类型——可以通过板块构造过程将地表水带到700公里深的地方
“几乎所有构成海底的构造板块最终都会弯曲并滑入地幔——这一过程被称为俯冲，有可能将水等表面物质再循环到地球，”卡耐基的倪鹏解释道，他与美国宝石学会的埃文·史密斯共同领导了这项研究
存在于俯冲板块内部的蛇纹石可能是最重要的地球化学途径之一，但人们对其知之甚少，表面物质就是通过这种途径被捕获并输送到地球深处的
由于卡耐基和吉亚对蓝钻起源的研究，以及构成洋中脊、海山和海洋岛屿的喷发地幔物质的化学成分，以前曾怀疑深俯冲蛇纹岩的存在
但是证明这种途径的证据直到现在还没有被完全证实
一幅展示钻石如何让研究人员一瞥地球内部发生的过程，包括地表物质的深层循环的插图
荣誉:凯瑟琳·凯恩的作品，由卡内基科学研究所提供
研究小组——还包括卡耐基的史蒂文·希利、阿娜特·沙哈尔，以及吉亚的王武义和开普顿大学的斯蒂芬·理查森——通过研究一种起源于地球深处的大型钻石，找到了证实这一怀疑的物理证据
史密斯说:“世界上一些最著名的钻石属于这一特殊类别，即相对较大且纯净的宝石钻石，例如世界著名的库里南钻石。”
“它们形成于360至750公里深处，至少与上地幔和下地幔之间的过渡带一样深
" 有时，它们包含在钻石结晶过程中捕获的微小矿物的内含物，让我们得以一窥在这些极端深度发生的事情
“研究在深金刚石结晶过程中形成的矿物的小样本可以让我们了解地幔的组成和动力学，因为金刚石保护矿物在到达表面的过程中不会发生额外的变化，”希利解释说
莱索托Letseng矿出产的CLIPPIR毛坯钻石实例
这些钻石与本研究中分析的钻石种类相同
最大的石头是91
07克拉
信用:罗伯特魏尔东的照片；GIA由宝石钻石有限公司提供
在这种情况下，研究人员能够分析金属包裹体中铁的同位素组成
像其他元素一样，铁的原子核中可以有不同数量的中子，从而产生质量稍有不同的铁原子，或不同的铁“同位素”
测量“重”和“轻”铁同位素的比率给科学家们一种铁的指纹
研究小组研究的钻石包裹体中，重铁与轻铁同位素的比例高于大多数地幔矿物中常见的比例
这表明它们可能不是来自地球深部地球化学过程
相反，它指向磁铁矿和其他富含铁的矿物，它们是海洋板块橄榄岩转化为海底蛇纹岩时形成的
这种水合岩石最终俯冲到数百公里深的地幔过渡带，在那里这些特殊的钻石结晶
“我们的发现证实了长期以来被怀疑的深层地球再循环途径，使我们能够追踪矿物是如何从地表被吸入地幔并在其组成中产生可变性的，”沙哈尔总结道
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