如果想知道地球深處藏著什麼，鑽石是地質學家最好的朋友。科學家在鑽石微瑕中發現了全新礦物，得以一窺下地幔的面貌。發表在《科學》（Science）期刊的論文指出，鑽石內部新發現一種名為「Davemaoite」的矽酸鈣礦物，它只能在地球的下地幔形成。這是科學家第一次成功地證明了這種理論性礦物——之前只能透過實驗室的實驗預測——存在於自然界之中。研究團隊以著名的台裔美籍科學家毛河光（Ho-Kwang “Dave” Mao）的名字命名，紀念他對高壓技術與地質學的貢獻。

　　這顆採自博茨瓦納礦山的鑽石在超過660公里的地球深處形成，即下地幔的上邊界附近。內華達大學的礦物學家奧利佛・蕭納（Oliver Tschauner）和同事透過X光與紅外線等分析技術鑑定這種全新礦物的化學組成和結構，並確定它屬於一種「矽酸鈣鈣鈦礦」（ calcium silicate perovskite ）。

　　蕭納指出，科學家之前估計大約5％到7％的下地幔是由這種礦物組成，但想要直接觀察地球深處的礦物極為困難，因為在下地幔高壓環境（延伸到地表以下2700公里）中形成的穩定礦物，當壓力減弱時，其晶體結構就會重新排列。

　　即使是地球上最常見的礦物，一種於較淺地幔形成、被稱為「Bridgmanite」的鎂鐵矽酸鈣，直到2014年以前也只是理論性礦物。當時人們發現它在一顆撞擊澳洲的隕石中自然形成，因猛烈的撞擊力導致如深層地幔般的高壓。迄今為止，Bridgmanite是唯一另一種確定存在於自然界的高壓矽酸鈣礦物。

　　鑽石彷彿一顆時光膠囊，在到達地表的過程中，將原始礦物困在裡面。科學家發現「Davemaoite」不僅證實了它的存在，還揭示了地球深處的熱源位置。儘管它是一種矽酸鈣礦物，但其晶體結構中還隱藏著各種元素，包括鈾、釷和鉀等放射性元素，以及稀土元素。長久以來，人們一直認為放射性元素在下地幔產生了約三分之一的熱能（其餘三分之二是45.5億年前地球剛形成時遺留下來的）。藉由鑑定Davemaoite的化學組成，科學家現在能夠確定這些元素的位置。

　　這是因為這顆博茨瓦納鑽石內含有一種高壓形式的冰，以及另一種名為「方鐵礦」（wüstite）的高壓礦物。這些物質的存在有助於減少Davemaoite形成的大致壓力：約在240億帕斯卡至350億帕斯卡之間。蕭納補充說，雖然很難確切指出它們對應於哪個深度，但這項發現將地球於深層地幔的熱能產生（放射性物質）、水循環（冰）與碳循環（鑽石形成）直接連結起來。

　　亞利桑那州立大學的地球物理學家Sang-Heon Shim則表示，這種新礦物另一個吸引人的地方在於，與實驗室預測相比，它的鉀含量意外地豐富。因為大多數製造這種理論性礦物的實驗，都只得到了「近乎純粹的矽酸鈣鈣鈦礦」。科學家目前只能以理論推測鉀的來源，而這個意想不到的成分暗示了下地幔是一個比想象中更複雜的區域，僅憑實驗室的研究很難完全預測。

原文出處：ScienceNews