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深度长文:每年 30 亿吨海水被吞入地底,大海为什么没有干涸?

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先讲个听起来像段子的真事。

2014年,《自然》杂志上发了一篇论文,主角是一颗钻石。

它来自巴西一个叫捷那的地方,长得还挺丑,灰扑扑的,珠宝商看了都摇头,卖不上价。

但科学家把它切开一看,里面包着一小块尖晶橄榄石。

这东西什么来头?

在那之前,地表从来没人见过天然的尖晶橄榄石,因为它只在地下几百公里的高压环境里才待得住,一上来就会变成别的矿物。

更离谱的是检测结果:这块石头里有水,大概1%的重量是水。

你以为这就完了?

2018年《科学》杂志又补了一刀,说有些钻石里面直接包着一种叫"冰七"的东西,那是高压下才存在的冰。

注意,不是因为地下冷,是压力大到水换了一种活法。

所以问题就来了:地表的水,是怎么跑到几百公里深的地方,还被封进钻石里的?

答案有点反常识,地球其实一直在偷偷"喝"海水,而且喝了几十亿年,一天没停过。

水是怎么下去的?

先说地球表面这层壳。

它不是一整块,而是碎成了几大块板块,互相挤来挤去。

大洋板块年纪大、密度大,跟别的板块挤不过的时候,就干脆一头扎下去,往地幔里滑,这个动作叫俯冲。

板块扎下去的那个位置,就是海沟。

最有名的马里亚纳海沟,最深的地方超过11公里,把珠穆朗玛峰倒扣进去都冒不出头。

板块往下滑的时候,是湿的。

岩石里吸饱了水,缝隙里也灌满了水,连带着巨量海水一起被拖了下去。

到底拖了多少?

2018年《自然》那篇研究,团队在马里亚纳海沟附近布了一批海底地震仪,靠地震波给地下"做B超",结果发现板块吸水的深度比以前想的深得多,光莫霍面往下就有24公里。

最后算出来的携水量,是老估算的4.

3倍。

研究人员推测,如果别的俯冲带也这个德行,那全球每年被带进地下深处的水,是30亿吨这个量级,比以前的账多了三倍。

下去之后,水还是水吗?

这里得先破一个想象:别以为地下有一条条暗河,水在里面哗哗流。

没有的事。

往下走,压力越来越大,岩石的缝隙先被压没了,液态水连个通道都没有。

再往下,水分子直接被拆散,以羟基(-OH)的形式,一个一个嵌进矿物的晶体结构里,相当于被"锁"起来了。

说到这,开头那颗钻石的事就解释通了。

在地下410到660公里,有一层叫地幔过渡带,尖晶橄榄石、布里奇曼石这些矿物就住在这,它们的晶体结构里能装下大量羟基。

按矿物比例推算,有估算认为这一层锁住的水,可能比地表所有海洋加起来还多,甚至是三倍以上。

所以"固态海洋"这个词,真不是夸张。

水还在,只是已经不是你认识的那种水了。

而且水下去之后,不是躺着啥也不干。

它会让岩石更容易熔化,熔点能被拉低到1000℃以下,一部分岩石就这么熔成了岩浆。

实验室里还有个更直观的数据:300兆帕的压力下,有水的橄榄石集合体,黏度能比干燥的低大约140倍。

说白了,水就像给地幔这台机器上了润滑油,没它,地幔流动会费劲得多。

那海为什么没漏干?

有人可能已经急了:一年30亿吨,漏了几十亿年,海怎么还没干?

别急,水是有去有回的,而且想往下走,本来也没那么容易。

最有画面感的是火山。

前面说了,水让岩石熔点降低、岩浆变多,岩浆攒够了就要往外跑,火山就这么喷了。

火山喷出来的气体里,水蒸气通常占七到九成,不同火山统计数字略有差别,但大头都是它。

这些水蒸气进了大气层,变成云,变成雨,落回地面,顺着河流又回到海里。

所以下次看到火山口冒白烟,你可以这么理解:很大一部分,其实是海水在"回老家"。

这一整套叫深层水循环,走一圈可能要几百万年,慢是慢了点,但它一直在转。

再就是密度这道坎。

水的密度是1克每立方厘米,地幔岩石大概3.

3到5.

5,地核更是10到13。

轻的东西想硬穿重的东西,物理规律不答应。

这跟调鸡尾酒一个道理,密度小的酒永远浮在上头,不会自己沉底。

水在地下深处,只能寄生在矿物里,跟着岩浆慢慢挪,想以液态形式一路冲到地心,门都没有。

还有个事,叫"无缝可钻"。

往沙堆上倒水,水"唰"一下就没了;

往鹅卵石上倒,水只会顺着表面流走。

地表的岩石有裂缝、有孔隙,水可以钻;

到了地下几十公里,巨大的压力把孔隙全压死了,花岗岩这类岩石致密得很,液态水根本找不到路。

聊到这,不妨开个脑洞:如果地表真的铺了一层防渗膜,水一点都进不去,会怎样?

你可能以为是好事,水全留在地表嘛。

结果可能是灾难。

水进不去,岩石熔点降不下来,岩浆活动会大幅消停;

没有那140倍的"润滑",地幔流动变慢,板块慢慢就不动了,地球变成月球那种安静模式。

地幔不流动,地核的热量散不出去,外核里液态金属的对流就会减弱。

而地磁场,就是靠这个对流维持的。

磁场一弱,麻烦就大了。

太阳风是带电粒子流,平时被磁场挡在外面。

磁场没了,它直接撞进大气层,今天吹走一点,明天吹走一点,大气和水蒸气会被慢慢剥掉,吹进太空。

这不是瞎猜,火星大概率就是这么完的。

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火星个头小,内部凉得快,大约37到39亿年前,它内部那台"行星发电机

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