❈一句话读paper：在巴西Juina找到的一块金刚石中发现了包裹体，是一块来自地幔的含水矿物——林伍德石。
事情是这样的，一个叫Pearson的美国科学家去巴西考(lv)察(you)，途中路过一个叫Juina的小村庄，Juina是著名的钻石产地。Pearson可不是去花大价钱买质量上好的钻石的，恰恰相反，他仅用几百块钱就从当地老农手上买来了一袋金刚石沙。细碎的金刚石沙看似毫无经济价值，但他却从中发现了一块来自地幔的含水矿物包裹体，证明了至少在地幔的某些区域含有极其丰富的水。
地幔是否存在地表一样的海洋呢？（图片来自impcas）
于是乎，媒体纷纷报道：美国科学家说地球内部可能存在着一个水量相当于地表海洋总水量3倍的“海洋”。接着就有不少朋友想我感叹：“哇哦！既然地球内部有这么多水，是不是可以从地球内部取水，来解决水资源短缺的问题呢？”当时的许多媒体确实也是这么报道的。虽然这种想法很好，但现实是残酷的。Pearson发现的水并不是我们所熟知的液态水，而是一种储存矿物晶体结构中的氢原子基团。为了说明这个观点，我们找到了这篇2014年Pearson发表在Nature上的paper：Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond。
我们所熟知的水（H2O）在常温常压下为无色无味的透明液体，被称为人类生命的源泉。那么文章中所说的结构水是什么呢？举个栗子来说吧。林伍德石是地下440km-660km（地幔转换带）大量存在的矿物。其化学是Mg2SiO4，化学式中不含氢元素，换句话来说不可能将其作为原料来生产水，这种化学式不含氢元素的矿物叫做名义上的无水矿物（Nominally Ahydrous Minerals）。虽然林伍德石化学式中不含氢，但在一定的条件下氢原子可以连接在氧原子上，形成结构羟基（-OH），这就是我们所说的结构水。这种结构水与我们熟知的液态水截然不同，想要直接饮用是不可能的，想象下自己拿着一块干燥的石头吮吸，企图从中吸取水分，多可笑。更别说还需要把这些矿物从地球深部取回地面。
林伍德石晶体结构示意图：灰色大球为氧原子，白色小球为镁原子，灰色小球为硅原子，红色小球为氢原子（图片来自Purevjav，2016）
地球内部可以被分为地壳，地幔，地核三个部分。而地幔也被许多学者认为是地球水圈的最初起源（当然也有其他学者认为水是由来自外太空的陨石带到地球）。就目前的研究来看，理论和实验都证明了地幔转换带中的矿物有着极强的储水能力（结构水），因此许多科学家认为地幔中储藏了大量的水，是“湿”的；但也有人认为这些都是理论、猜想，并没有来自地球内部的实际样品来证明湿地幔模型，从而认为地幔是“干”的。争论一直持续到2014年3月，这颗包裹在金刚石中的含水林伍德石包裹体狠狠的打了主张“干地幔”模型的科学家们的脸。
A金刚石，红框内是含水林伍德石 B含水林伍德石（图片来自Pearson，2014）
这颗含水林伍德石包裹在金刚石，通过金伯利岩的岩浆通道，从地球深部被携带至地球表面，最终被在巴西的Juina被Pearson的小组发现。拿到样品后,他们先用X射线衍射技术(XRD)确定的这个包裹在钻石中的矿物是林伍德石，之后确定了包裹体矿物的元素组成(Mg0.75Fe0.25SiO4，Raman光谱测量)，更加确定该矿物是来自地幔转换带的包裹体。最后为了测定包裹体的含水量，Pearson获取了它的红外吸收光谱（傅里叶红外光谱仪FTIR)，计算特征光谱的积分面积得到它的含水量。他们发现，该包裹体含有约1%重量的水(100g的矿物就有1g是水)。这说明地幔，至少是在地幔的一些区域是含有大量的水的。
由于，林伍德石是地幔转换带的主要矿物，Pearson认为地幔转换带的含水量也在1%左右。所以知道地幔转换带的质量后就可以得到总的储水量，也就是新闻里报道的3倍海洋那么多的水。
含有杂质的钻石从来都不讨珠宝商人的喜欢，珠宝商人喜欢的是高纯度，完美无瑕的钻石。想想你的订婚钻戒里几个黑点，该有多丑，甚至会怀疑人生，是不是买了假的钻石。但这些有缺陷，不纯净，被人嫌弃的钻石却有着非同一般的科学意义，它们携带着地球深部的信息，是了解深部地球的直接手段，其价值远超指尖上的钻戒。这样的缺陷又何尝不是一种美呢？
参考文献
Pearson D G, Brenker F E, Nestola F, et al. Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond[J]. Nature, 2014, 507(7491): 221-224.
Purevjav N, Okuchi T, Tomioka N, et al. Quantitative analysis of hydrogen sites and occupancy in deep mantle hydrous wadsleyite using single crystal neutron diffraction[J]. Scientific reports, 2016, 6
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