“死亡之海”的地下驚喜

如果我們今天有機(jī)會(huì)前往我國最大的沙漠塔克拉瑪干，就能見到這樣一個(gè)奇觀：在沙漠的中心居然蜿蜒著一條公路，兩旁長滿了梭梭和檉柳。在這片年降水量不足 50 毫米的“死亡之?！保G色是如何得以存續(xù)的呢？

塔克拉瑪干沙漠公路

答案藏在沙漠地下幾百米的深處。雖然在地表之上，這里是我國最干旱的區(qū)域之一，但在地下，這里卻蘊(yùn)含著豐富的地下水資源，足以讓公路兩旁變成綠洲。這正是地球給我們?nèi)祟惖捏@喜：它的饋贈(zèng)，往往藏在意想不到的深處。

顛覆常識(shí)：地下660千米的“隱藏海洋”

不過塔克拉瑪干的地下水，還是我們熟悉的液態(tài)水。最近中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的一項(xiàng)研究，把探索的目光投向了更遙遠(yuǎn)的地心深處。

根據(jù)科研團(tuán)隊(duì)的最新研究，在地下 660 千米的極端環(huán)境中，存在著一種更令人震撼的“水資源”。它不是液態(tài)流動(dòng)的水體，而是被地幔主要礦物布里奇曼石“鎖藏”其中的結(jié)晶水。這項(xiàng)發(fā)表在國際頂級(jí)期刊《科學(xué)》上的成果，借助團(tuán)隊(duì)自主構(gòu)建的國際領(lǐng)先高溫高壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，首次揭開了地球深部儲(chǔ)水的神秘面紗。

布里奇曼石從地球深部巖漿洋“鎖水”的想象示意圖

要理解這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的顛覆性，我們就需要“穿越”回地球剛剛形成的時(shí)候。在 46 億年前，地球并非如今的藍(lán)色宜居星球，頻繁的星體撞擊讓地表翻騰著熾熱巖漿，整個(gè)星球如同一片煉獄，液態(tài)水根本無法穩(wěn)定存在于此時(shí)的地球。

隨著巖漿洋逐漸冷卻，固態(tài)礦物開始結(jié)晶，最終形成了地幔結(jié)構(gòu)，地球才漸漸變得穩(wěn)定。而布里奇曼石，恰恰是地幔之中含量超過一半的核心礦物。按照以往的研究，科學(xué)界一直認(rèn)為布里奇曼石的儲(chǔ)水能力有限，因此“深下地幔幾乎不含水”成為了地質(zhì)學(xué)界的共識(shí)。

我國科研團(tuán)隊(duì)的新結(jié)論，始于技術(shù)平臺(tái)的自主創(chuàng)新。他們搭建了激光加熱金剛石壓腔實(shí)驗(yàn)裝置，成功模擬出了地幔的極端環(huán)境。那里的溫度高達(dá) 4100℃，壓力更是地表的 23 萬倍。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)清晰顯示：布里奇曼石的“鎖水”能力會(huì)隨溫度升高而顯著增強(qiáng)。也就是說，可能在地球早期巖漿洋的高溫環(huán)境中，早已經(jīng)有海量的原始水被儲(chǔ)存在礦物之中。根據(jù)推測，在下地幔中儲(chǔ)水量是以前預(yù)估的 100 倍以上，相當(dāng)于如今全球海洋的水量被鎖藏在礦物晶格中。

這些礦物水并非靜止的庫存，反而可能是地球演化的關(guān)鍵動(dòng)力。它們能降低地幔巖石的熔點(diǎn)和黏度，促進(jìn)內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)與板塊運(yùn)動(dòng)，如同地球地質(zhì)機(jī)器的“潤滑劑”。隨著地殼運(yùn)動(dòng)，這些水分也可能通過巖漿“泵”回地表，參與了全球的水循環(huán)。

移民太空的新希望：從地心到月球

當(dāng)然，對于今天的人類來說，我們無法像利用塔克拉瑪干沙漠深處的地下水一樣利用它們。因?yàn)槿祟惿袥]有能力，鉆個(gè)如此之深的洞去“打水”，但這并不是說對布里奇曼石的研究沒有意義。原始水儲(chǔ)庫的出現(xiàn)，不僅可以讓我們對地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化歷史有新的認(rèn)知，更重要的意義，是從根本上改變了人類尋找地外宜居星球的思路。未來我們追尋“第二家園”，或許不必再執(zhí)著于地表是否存在液態(tài)水，行星內(nèi)部礦物的儲(chǔ)水能力將成為更關(guān)鍵的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

就比如此前，天文學(xué)家們一直嘗試在月球表面找到水的蹤影。而我國科研團(tuán)隊(duì)在嫦娥五號(hào)帶回的月壤樣本中，發(fā)現(xiàn)了一種名為“ULM-1”的未知礦物晶體，其水分子質(zhì)量占比高達(dá) 41%，1 噸這種礦物可提取 410 千克水分子。

ULM-1在月球形成的效果圖（圖源：中國科學(xué)院物理研究所）

這種水合礦物的存在，證明月球內(nèi)部同樣存在類似的“礦物儲(chǔ)水”結(jié)構(gòu)。與地球地幔的布里奇曼石相似，月球礦物中的結(jié)晶水在加熱條件下可轉(zhuǎn)化為水蒸氣，所以移民月球最關(guān)鍵的一步，水資源的儲(chǔ)備可能已經(jīng)解決了。這意味著曾經(jīng)被認(rèn)為“干燥”的月球，憑借其內(nèi)部的儲(chǔ)水礦物，可能成為人類太空移民的重要中轉(zhuǎn)站。

認(rèn)知的邊界，就是資源的邊界

回顧人類的歷史，很多時(shí)候我們對于資源的認(rèn)知，完全是受限于自身的科學(xué)水平。就比如在工業(yè)革命剛開始的時(shí)候，當(dāng)時(shí)的英國人還在發(fā)愁，整個(gè)英倫三島的森林可能很快就被砍光了?？墒呛芸斓叵碌氖秃兔禾康某霈F(xiàn)，讓蒸汽機(jī)得以晝夜轟鳴。之后核能、太陽能的開發(fā)，讓能源利用進(jìn)入了新紀(jì)元。或許在今天，我們還在感慨可控核聚變何時(shí)才能實(shí)現(xiàn)，而幾十年后當(dāng)“人造太陽”開始應(yīng)用時(shí)，能源就可能徹底不是問題了。

每一次人類的認(rèn)知突破，都伴隨著資源利用的革命。水資源的探索，似乎也正遵循著相似的軌跡。當(dāng)我們跳出“液態(tài)水”的固有認(rèn)知，會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙中只要有存在氫、氧元素的地方，都可能通過礦物儲(chǔ)水的形式成為生命的溫床。

甚至我們能夠得到一個(gè)驚人的結(jié)論：資源或許從來都不匱乏，只是等待人類用知識(shí)的鑰匙去開啟，而人類的智慧才是宇宙中最寶貴的資源。