【CC讲坛】胡清扬：高压下的魔法~吸入地球深部上亿吨的水，都去哪儿了？

我是研究水的，我的名字里就是有“清扬”，它的谐音就是“氢氧”，所以我研究水有那么一点点上天注定的感觉。

首先我是研究地球深部水的，再具体一点是研究地球下地幔的水，再具体一点是指研究距离地球1700千米，到地核地幔边界这个区间之内的水。

我想跟大家分享的是地球深部，它可以比作是一个巨大的化学实验室。跟水，它有很多的化学反应会发生，有一些是我们之前想不到甚至不敢去想的。

研究（地球）深部的水为什么重要呢？我就以2018年的一则报道作为引子。

华盛顿大学，他们对马里亚纳海沟上面的地震波进行了一个分析。他们发现每年有大量的水会吸入到地球的内部。注意他们这边使用了“吸入”这个动词，指代的就是，这些水进入到地球的深部，却不知道水最终的去向是哪里？

现在最新的一些观点认为，每年有上亿吨的水会进入到地球的地幔，总量听起来应该很多，但是我打一个比喻，一个太平洋有730万亿吨的水，如果我们将进入地球深部的水，跟我们地球表面的水的总量相比的话，它还是一个很小的一部分。当然大家别忘了，地球的年龄可是以数十亿年为单位去计算的，两者相乘的话，其实还是一个比较可观的数字。

所以说如果一直有水进入到地球的深部，但是没有水从地球深部出来，带来一个问题就是：地球会逐渐变成一个干涸的行星。

但是比较幸运的是，我们至今没有发现地球有任何水会大面积枯竭的这种现象，为什么呢？就是因为地球深部，确实存在这么一个宏大的水循环，并且它正在影响我们现在每天的生命。

我们要解释地球深部的水，怎么从深部返回到地面，就必须介绍我们第二个主角：就是铁。

铁是地球里面按重量去比较，它是含量最高的这么一个元素。

大家应该都吃过这种巧克力球，我们将地球比作一个巧克力的话，里面这颗果仁就像是一个地核，它基本上都是由铁来组成的，外面这层巧克力可以比作是地幔，最外面是一层薄薄的地壳。

如果水进入到地球内部，和铁相遇的时候会发生什么样的反应呢？大家可能自然而然就会想到是否会发生生锈？因为生锈我们在日常生活中都很熟悉，它就是水遇上了铁，然后在空气的作用下，表面会生成一层铁氧化物。

当水进入到地球深部遇到铁，会发生怎么样的化学作用？

研究这个话题 大家可能首先想到的是，我们是不是应该打一口很深的井，然后钻到地球的内部，取一些样品出来，然后做一些分析？

但其实最深的这样一种井也只有10多千米，尚不及地球的皮毛；但实际上我们还可以利用一些比如说火山过程，从地球内部有一些所谓的包裹体从地球深部出来，这些样品就封印在钻石里边，称之为金刚石包裹体，但这样的样品，最深也就是几百千米的水平，差不多最深是到了下地幔的上部，还是没有办法覆盖整个地幔。

我们在实验室就换了一种思路，我们打磨了一对金刚石，然后把它打磨成一个锥形，在它的中间放上样品，然后两边用力，这样就能使这颗细小的样品上面产生很大的压力，这样的样品可以覆盖整个地幔的压力范围，甚至可以做一些地核的科学工作。

这是我们实验的一个场景图，大家可以看到这是一对金刚石，今天我就特意带了这么一个装置过来。我手中这个东西就是金刚石压砧，而且它不是一个模型，它就是这么小巧，可以从我的口袋里直接拿出来。

大家可能会问它是不是很危险，因为它压力很大。但实际上因为压力都是集中在很小的一点样品上面，所以最不济的情况也就是金刚石有一些错位，然后金刚石报废掉了，但实际上它是十分安全的。

大家可能比较好奇这个装置到底贵不贵？我就打一个不太恰当的比喻，我们一年使用这个钻石的价格，可能还不及我们单位周围一平米的房价。

只要在这个样品上施加足够的压力，铁和水就可以发生一些独特的化学反应。