46億年前的地球，遠非如今這般溫潤宜居。那時的星球表面翻涌著熾熱巖漿，頻繁的星體撞擊讓整個地球如同煉獄，液態(tài)水根本無法存在，生命更是無從談起。然而，最新科學研究卻為這顆“煉獄星球”的演化帶來了全新視角——地球深部可能隱藏著推動其蛻變?yōu)橐司有乔虻年P鍵力量。

中國科學院廣州地球化學研究所的研究團隊通過國際首次高溫高壓實驗證實，在地球形成初期的極端高溫環(huán)境下，大量水分可能通過礦物結晶過程被高效封存于地幔深處。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)認知，相關成果已發(fā)表于國際頂級學術期刊《科學》。研究指出，深部儲存的水可能是地球從熾熱巖漿世界轉變?yōu)樗{色星球的核心驅動力。

地球早期形成的巖漿洋在冷卻過程中，會結晶出固態(tài)礦物并逐漸構成地幔。其中占比超過50%的布里奇曼石成為關鍵“儲水載體”。這種礦物如同微觀容器，其“鎖水”能力直接決定著巖漿中的水分能否轉入固態(tài)地球。過去基于低溫實驗的研究認為，布里奇曼石的儲水能力有限，但新研究通過自主研發(fā)的極端溫壓實驗裝置，將實驗溫度提升至4100℃的極端條件，發(fā)現(xiàn)其鎖水能力隨溫度升高顯著增強。這意味著在地球最熾熱的巖漿洋階段，正在結晶的布里奇曼石反而能捕獲海量水分，徹底改變了“深部地幔幾乎不含水”的傳統(tǒng)觀點。

要獲得這一突破，研究團隊攻克了兩大技術難關：一是在實驗室中模擬地下660公里的極端環(huán)境，二是在直徑不足頭發(fā)絲十分之一的微米級樣品中，精準檢測含量低至萬分之一的水信號。團隊通過搭建激光加熱金剛石壓腔裝置，成功模擬深部地幔條件并測定相平衡溫度，同時結合冷凍三維電子衍射、納米二次離子質譜等尖端技術，發(fā)展出原創(chuàng)性微納尺度水分析方法。這些技術如同為微觀世界配備“化學CT”，最終在樣品中清晰識別出水的分布特征。

基于新發(fā)現(xiàn)構建的巖漿洋結晶模型顯示，由于早期高溫下布里奇曼石的強效鎖水，下地幔可能成為固體地幔中最大的儲水層，其儲水量可達此前預估的5至100倍。據(jù)估算，早期地幔儲存的水量相當于0.08至1個現(xiàn)代海洋的總水量。這些深埋的水并非靜止存在，而是作為地球地質活動的“潤滑劑”，通過降低巖石熔點和黏度，促進物質循環(huán)與板塊運動。隨著時間推移，深部水通過火山活動等地質過程返回地表，參與原始大氣和海洋的形成，成為點燃地球生命火種的關鍵力量。

該研究通過突破高溫高壓實驗與微納米水檢測技術瓶頸，將相關領域研究水平提升至國際前沿。實驗中使用的極端溫壓模擬裝置與原創(chuàng)分析方法，為探索地球深部揮發(fā)分行為提供了全新范式，標志著我國在地球早期演化研究領域邁入國際領先行列。