密歇根州立大学 这颗钻石中间的这个斑点叫做包裹体，是从地幔深处带到地表的一种矿物
这些十亿年前的胎记表明了由紧密堆积的碳酸盐构成的钻石诞生的深度
信用:Giuliofranzinetti，维基共享 地球地幔的高温高压将被称为碳酸盐的富含碳的矿物质锻造成钻石
但是对于碳酸盐的命运却知之甚少，因为碳酸盐会在地下更深的地方移动，而在这些地方从来没有发现过样品
现在，密歇根州立大学的苏珊娜·多尔夫曼和她的团队正在用模拟这些极端条件的实验室工具寻找答案
"我们感兴趣的是，什么时候碳不是钻石？"多尔夫曼补充道
在《自然通讯》最近发表的一篇论文中，MSU多尔夫曼实验矿物学实验室的科学家重新定义了碳酸盐在地球下地幔中存在的条件，扩展了我们对深层碳循环和地球演化的理解
“碳和矿物质从地球表面通过俯冲到地幔底部的循环已经发生了数十亿年，”多尔夫曼说，他是自然科学学院地球与环境科学系(EES)的助理教授，也是这篇论文的合著者
“我们的实验室问，‘我们如何用实验来预测它的样子，并从化学上跟踪它？’" 在俯冲过程中，表面碳酸盐——比如石灰石和珊瑚骨骼——通过地幔热量推动的构造运动，在地壳下的冰冷岩石板上滑行
一些碳酸盐融化后被火山喷回大气
有些人走得更远，被压成钻石
但是一些碳酸盐使它变得更深，接近地表下1800英里的地幔和地核之间的边界
多尔夫曼的团队有兴趣了解他们的命运
该小组先前的研究表明，在像地核-地幔边界这样炎热、缺氧的环境中，一些碳酸盐确实可以避免被熔化或变成钻石，但直到现在，没有人知道它们在真正的岩石中会采取什么形式
在这项研究中，多尔夫曼和合著者五年级博士生吕明达进行了高度复杂的实验来合成地幔岩，并首次阐明了这些深俯冲碳酸盐的命运
吕说:“对于这个项目，我们想知道当碳酸盐俯冲到下地幔时，它将如何与大多数地幔硅酸盐共存。”
“我们设计实验是为了将这些矿物上的压力和温度条件扩展到更高的状态，模拟地球核心-地幔边界的条件
" 他们的实验需要一种由地球上任何物质——钻石——都具有最高耐压性的材料制成的装置
多尔夫曼说:“尽管钻石砧座是你可以拿在手里的东西，但它在不使用爆炸的情况下，给我们提供了任何实验室中最高的压力。”
“我们所知道的关于行星中心的一切都依赖于这个装置
" 多尔夫曼和吕成功地将薄的碳酸盐和硅酸盐圆盘像夹层一样组装在金刚石砧座的两颗金刚石之间
然后，他们把圆盘挤压在一起，就像一个矿物三明治，用强激光把它们加热到高达4500华氏度的高温
结果是没有人认为可能的，一种合成形式的高压碳酸钙岩石可能存在于下地幔条件下
多尔夫曼说:“在这项研究之前，人们的想法是，在地球深处永远不应该有碳酸钙，而只能在还没有深入到很深的浅层环境中才有。”
“我们的实验表明，在地幔底部，化学反应改变方向，交换矿物质，就像广场舞中的搭档——镁和钙交换他们的碳酸盐和硅酸盐搭档，产生碳酸钙和碳酸镁
" 他们新合成的岩石只有人类头发的宽度，组成岩石的单个晶体要小1000倍
为了读懂钻石，多尔夫曼和吕需要最锋利的刀和最明亮的光
他们在伊利诺伊州的阿尔贡国家实验室使用了极其强大的粒子加速器技术，将x光聚焦到一个微小的点上，并照亮他们创造的东西
然后，在巴黎地球物理研究所和密歇根大学材料表征中心合作者的帮助下，他们使用离子束将新岩石切割成横截面
最后，利用MSU高级显微镜中心的最先进的电子显微镜技术，他们成功地表征了回收样品的元素分布
吕说:“如果没有这些实验室，我们将永远无法直接观察到实验中发生的情况。”
“我们与这些设施的合作是这项研究的亮点
" 多尔夫曼补充说:“我们知道地球上绝大多数的碳不在大气中，而是在内部，但是我们对碳的多少和在哪里的猜测主要取决于对化学反应的测量。”
“明达·吕的工作表明，碳酸钙在地幔条件下是稳定的，并提供了一种新的机制，在我们制作地球内部碳循环模型时需要考虑到这一点
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
