关于地表水的来源，科学家提出过几种可能的模式，一些人认为是彗星或陨石撞击地球时带来的，也有人认为是从早期地球的内部慢慢渗透出来的。最新研究发现，地球内部可能存在着一个3倍于地表海洋总水量的“隐形海洋”。这也为后一种可能的模式提供了新的证据。

■本报见习记者 赵广立

近日，美国新墨西哥大学和西北大学的研究人员在《科学》杂志上报告称，地球内部可能存在着一个3倍于地表海洋总水量的“隐形海洋”。这一“隐形海洋”位于地球内部410~660公里深处的上下地幔过渡带，其水分并不是我们熟悉的液态、气态或固态，而是以水分子的形式存在于一种名为林伍德石的蓝色岩石中。

林伍德石是一种于高温高压环境下（约介于525公里至660公里间的地幔）产生的矿物，能将水合物包含于其结构中。这种矿石首次在1969年于Temham陨石中被发现，且被认为很有可能大量地存在于地球的地幔中。

“我想我们最终找到了整个地球水循环的证据，这或许有助于解释地球地表大量液态水的存在。”在西北大学地球物理学家史蒂文·雅各布森看来，他们的发现提供了地表水来源一个合理的解释。

地下有“水”的猜想

据报道，研究人员利用遍布美国的2000多个地震仪分析了500多次地震的地震波。这些地震波会穿透包括地核在内的地球内部，研究人员据此分析地震波穿透的是什么类型的岩石。由于水的存在，地震波传播的速度会降低。结果表明，在美国地下660公里深处，岩石发生部分熔融，且从地震波传播速度减缓来看，这是可能有水存在的信号。

美国的研究人员还在实验室中合成上下地幔过渡带中存在的林伍德石，当模拟地下660公里深处的高温高压环境时，林伍德石发生部分熔融，就像“出汗”一样释放出水分子。

“研究推论的逻辑是，如果地下有水的形式存在——哪怕只有很少一部分，就会降低部分物质的熔点，它们在地幔过渡带高温高压的环境中会产生部分熔融。溶液的波速要比固体矿物的波速低很多，加上水的存在，所以能够强烈降低地震波的波速。当观测到这种情况，首先就会推测是不是有部分熔融的发生。”中科院地质与地球物理研究所“地球深部结构与过程研究室”副研究员张志刚在接受《中国科学报》记者采访时表示，该研究结论是一项逻辑上比较合理的推断。

也就是说，如果在美国的地震仪分析到的地震波穿过地下660公里深处，恰经过发生部分熔融的林伍德石的话，那么地震波传播速度降低的现象就容易理解了——也因此推测：正是由于水的存在，导致了林伍德石的部分熔融。

关于地表水的来源，科学家提出过几种可能的模式，一些人认为是彗星或陨石撞击地球时带来的，也有人认为是从早期地球的内部慢慢渗透出来的。新发现为后一种说法提供了新的证据。

难以定论有“海洋”

然而，尽管此推论在逻辑上能够讲得通，但这种“从现象分析物质成分”的结论是否成立，还难以定论。

同样来自中科院地质与地球物理研究所地球深部结构与过程研究室的研究员林杨挺在接受《中国科学报》记者采访时认为，美国科学家这一发现用地下有水的可能性去解释有其合理性，但其结论还不宜“外延太多”，毕竟局部的现象不能代表整个地幔过渡带圈层均如此。

“地球物理的很多问题是有多解性的。”林杨挺认为，地震仪测到的地震波速的变化，也许有别的解释。他举例说，俯冲板块（通常情况下俯冲板块是指由洋壳组成的大洋板块）相对于地幔是一个“冷而干硬”的东西，它到底能冲到多深？有人认为它穿过了过渡带（地幔转换带），有人认为停留在转换带上面。“如果它穿过了过渡带，洋壳中有很多含水矿物。就像文章中说的，林伍德石含水1.5%。这就有可能说是一个局部的特例。”

是不是特例？判据是什么？林杨挺指出，林伍德石的代表性也许可以说明一些问题。

林杨挺与他的博士研究生曾经在开展南极陨石冲击变质研究中，发现了大量林伍德石。他们通过进一步研究发现林伍德石颗粒的Fa值（FeO的摩尔占比）与拉曼谱峰有很好的线性相关。从而建立了林伍德石Fa值与拉曼谱峰的关系式，从而得到利用拉曼光谱测定林伍德石的化学成分的新方法。

美国矿物学报中有研究曾利用拉曼光谱的方法测出林伍德石FeO的摩尔含量在25%左右。林杨挺认为，这一数据意味着该地区的林伍德石中铁橄榄石占25%左右，这比地幔平均高出8%左右。“这就给了一个信号，这个林伍德石代表性不强。”

“地震波速变化，是不是一定因为水，并非只有一种解释，也许有别的解释；如果是，是不是全球性的，我认为都值得继续考究。”林杨挺总结说。

地球物理学与比较行星学

在采访中，记者发现，科学家对林伍德石的猜想始于地幔转换带，而对其着手研究则始于来自陨石中的此类矿石。这其中又是怎样的联系呢？

张志刚解答了记者的疑惑。原来，限于人们难于拿到地下如此深度的矿石样本，对于地球深部结构和成分的研究，科学家们选择了一种间接的途径——比较行星学。

通俗地说，比较形星学即经由比较行星间特质的差异性来研究行星的学问。地球作为太阳系中一颗行星，对其他类地行星物质成分的研究，可以为地球内部的物理构成提供借鉴。正所谓“它山之石可以攻玉”，随着行星星际探测技术的发展和探测范围的扩大，比较行星学得到了快速发展。

“地球深部研究是一个多学科交叉的点。就好像‘瞎子摸象’一样。比如我们做实验和模拟计算的，摸到的是一条腿，做比较行星学摸到的是另外一条腿，不同学科有不同的角度和推测，但是大家都希望到最后能够得出大象的图景。”张志刚说，“地球物理学与比较行星学可以相互佐证。”

而对于“地球深部是否存在隐形的海洋”这一问题，张志刚认为，找到地表水源头的研究意义重大，美国科学家的发现值得重视，不过对其结果的检验、可靠性及真实性仍需要假以时日。

延伸阅读

林伍德石：固水的石头

橄榄石因颜色如橄榄而得名，宝石级的橄榄石又称翠绿橄榄石或贵橄榄石。橄榄石是镁橄榄石—铁橄榄石类质同象系列中最常见的一个成员，也是这两种端元组分形成的固溶体。橄榄石的成分经常由镁橄榄石（Fo）和铁橄榄石（Fa）这两种端元组分的摩尔百分比表示，例如Fo70 Fa30表示镁橄榄石端元组分占70%的橄榄石。

在常压下，镁橄榄石有非常高的熔点（接近1900℃），铁橄榄石的熔点只有约1200℃。熔点以及其他物理量随橄榄石的成分在镁橄榄石与铁橄榄石这两种端元组分之间连续变化。除氧、硅、镁和铁之外，橄榄石只含有很少量的其他元素。

在地球内部的高温高压条件下，橄榄石的晶体结构不再稳定。在地表下410公里深处，橄榄石会经由相变变成一种孤立双岛状硅酸盐，名为瓦兹利石。在大约520公里深处，瓦兹利石会进一步相变变成具有尖晶石结构的尖晶橄榄石（又称林伍德石）。这些相变导致地幔密度在约410公里和520公里深处具有跃变式增大，因而可以被地震学（地震波波速）手段观测到。

林伍德石以著名的澳洲地球内部学家泰德·林伍德（1930~1993）命名，他建立起一个理论，认为由于超高的压力和温度，过渡带必然产生一种特殊矿物。在地球深部找到一块这样的矿物一直以来都是科学家寻找的目标。

2014年3月，加拿大研究人员在英国《自然》杂志上报告，他们首次发现了来自上下地幔过渡带的一块尖晶橄榄石，其含水量为1.5%。科学家对过渡带是否有水争论了几十年。如果真的有水，这些宝贵资源究竟有多少呢？