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雷尼绍拉曼 | 地球下地幔竟蕴藏“汪洋大海”!

国际金属加工网 2023年08月18日

近年来,两家著名的地质研究机构分别使用雷尼绍显微拉曼光谱仪,对来自地球下地幔的“超深”金刚石中的包裹体进行了无损分析。

金刚石包裹体是一种重要的化学惰性“容器”,能够保留在高压下形成的矿物碎片的原始结构和化学成分。在诸多岩石学研究中,通过拉曼光谱技术提供了越来越多的证据,证实地球地幔中存在大量的水。

发现证据表明地球地幔中存在含水过渡带

2013年,在来自巴西朱伊纳 (Juina) 地区的一个金刚石包裹体中发现了地球原生的林伍德石。林伍德石是 (Mg,Fe)2SiO4的高压多形,其具有尖晶石型结构,这种结构使其能够在地球地幔中储存大量的水。

在德国歌德大学地球科学研究所 (Geoscience Institute, Goethe University),科学家们首先使用雷尼绍显微拉曼光谱仪对地球原生林伍德石进行了拉曼光谱分析。该分析确定了该金刚石包裹体含有来自660公里边界的林伍德石。接下来,傅里叶变换红外 (FTIR) 光谱显示其含水量大约为1.5%,接近于过渡带的水饱和度。当时,他们尚不确定该样本的含水量能否代表过渡带的普遍情况。

图1 | 博茨瓦纳卡洛维 (Karowe) 矿开采的IaB型金刚石中包裹体的显微图片。包裹体嵌入在金刚石的表面以下,含有含水林伍德石 + 顽火辉石 + 铁方镁石。Tingting Gu博士拍摄。

图2 | 所研究的1.5克拉金刚石。Tingting Gu博士拍摄。

最近,美国宝石研究院 (Gemmological Institute of America) 使用inVia共焦显微拉曼光谱仪对博茨瓦纳卡洛维 (Karowe) 矿开采的一颗罕见的IaB型金刚石进行了分析。根据分别在803 cm-1和839 cm-1处对SiO4四面体进行的不对称 (T2g) 拉伸和对称 (A1g) 拉伸,确定了这颗金刚石内含有林伍德石。值得注意的是,这是首次观察到林伍德石 [(Mg,Fe)2SiO4]、铁方镁石 [(Mg,Fe)O] 和含低量镍的顽火辉石 [MgSiO3] 的多相包裹体,如图1所示。对该包裹体及其附近其他包裹体开展的岩石学分析显示,该林伍德石来自660公里边界附近的水饱和环境。这项最新的研究成果表明,在地球深处有一个广阔的含水过渡带穿过660公里处的不连续带进入下地幔。

总结

对来自660公里边界的林伍德石碎片进行的拉曼光谱分析证实,地球地幔的含水量远远高于以往使用电导率和地震断层扫描估算的含水量。

在广阔而神秘的地球深处,这里的含水量很可能是地表海洋总水量的一到两倍。

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(雷尼绍Renishaw)

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