地球曾经历全球大火，为何还能幸存？脚下隐藏的水之秘库

如今海洋覆盖地球表面约70%，但水如何在地球从早期熔融状态过渡到固态星球的过程中留存下来，长期困扰科学家。中国科学院广州地球化学研究所杜知雪教授团队的最新研究为此提供了新解释：大量水可能在地球地幔冷却结晶时储存在地幔深处。该成果发表于12月11日的《科学》杂志，改变了科学家对地球内部储水的认知。研究显示，地幔中最丰富的矿物布里奇曼石能像微观“水容器”，让早期地球固化时在地表下捕获大量水。
早期实验认为布里奇曼石储水量少，但那些研究温度较低。为验证，团队需克服两大挑战：重现地表下660多公里的极端压力温度，以及检测比发丝直径十分之一还薄、含水量仅百万分之几百的样本中的微量水。为此，他们构建了结合激光加热和高温成像的金刚石压砧系统，能将温度升至约4100°C，通过模拟地幔深处条件及精确测量平衡温度，探究热量对矿物吸水的影响。
借助广州地化所先进设备，团队运用低温三维电子衍射、纳米二次离子质谱等技术，并与中国地质科学院地质研究所龙涛教授合作采用原子探针断层扫描（APT）。这些方法如同微观世界的超高分辨率“化学CT扫描仪”和“质谱仪”，绘制出样本中水分布，证实水以结构形式溶解于布里奇曼石。
实验发现，布里奇曼石的储水能力（用水分配系数衡量）随温度升高显著增强。地球岩浆海洋阶段时，新形成的布里奇曼石储水量远超此前认知，挑战了下地幔几乎完全干燥的旧有假设。模拟显示，因布里奇曼石高温下高效储水，岩浆海洋冷却后下地幔成为固态地球最大储水库，水量是早期估计的5 - 100倍，相当于现今海洋体积的0.08 - 1倍。
这些深层水并非一直被困，而是地球内部引擎的“润滑剂”。它降低地幔岩石熔点和黏度，推动内部循环与板块运动，提供长期地质能量。经漫长时间，部分水通过火山和岩浆活动返回地表，促成早期大气和海洋形成。研究认为，这埋藏的“水之火花”可能是地球从熔融地狱转变为蓝色宜居星球的关键。