“地球內(nei) 部是如何運行的”被列為(wei) 第十個(ge) 最具挑戰性的科學問題，位於(yu) 地球科學領域之首位。這是因為(wei) 人類目前對地球內(nei) 部的了解還非常有限，固體(ti) 地球的半徑達6400公裏，而我們(men) 目前鑽探最深隻能到達12公裏深處。上天不易，入地更難，我們(men) 隻能通過出露於(yu) 地表的地質作用過程中形成的岩石，來推測地球內(nei) 部的結構和組成。

 地幔捕虜體(ti) 是深部岩漿如金伯利岩、火成碳酸岩、玄武岩等帶至地表來源於(yu) 地幔的岩石包體(ti) ，它們(men) 是研究深部地幔的天然窗口。岩漿起源深度不同，攜帶的地幔捕虜體(ti) 的物質組成和提供的信息也不同。碳酸岩是地表賦碳的主要岩石之一，其岩漿起源深度一直存在爭(zheng) 論。實驗岩石學的研究證實碳酸岩岩漿最深能在地幔700公裏處形成，而地球化學證據顯示碳酸岩是富CO₂矽酸岩岩漿在地殼深度發生液態不混溶的產(chan) 物。有關(guan) 深部地幔的信息主要是通過高溫高壓實驗和幔源金剛石內(nei) 的超高壓礦物包裹體(ti) 得到的，很難直接獲得來自軟流圏以下的地幔捕虜體(ti) ，這極大地製約了我們(men) 對碳酸岩岩漿起源和深部碳循環的認識。

圖1 華北克拉通中北部的內(nei) 蒙古豐(feng) 鎮和河北懷安一帶的碳酸岩內(nei)

發現的含有超矽石榴石的榴輝岩捕虜體(ti)

圖2 高溫高壓實驗擬合的超矽石榴石的壓力大於(yu) 13GPa

 北京大學地球與(yu) 空間科學學院許成研究員與(yu) 張立飛教授和費英偉(wei) 教授合作，首次在我國華北克拉通中北部的內(nei) 蒙古豐(feng) 鎮和河北懷安一帶的碳酸岩內(nei) 發現了榴輝岩捕虜體(ti) 。榴輝岩主要由綠輝石和石榴石組成，石榴石內(nei) 包裹磷灰石、金紅石、綠輝石、藍晶石、必威88官方网站等礦物。更為(wei) 重要的是，他們(men) 在榴輝岩的石榴石內(nei) 發現了超矽石榴石（Pyr90-93Alm3-7Gro2-4）包體(ti) （圖1），其矽分子組成為(wei) 3.15-3.22，X衍射和拉曼光譜均證實它為(wei) 超矽石榴石，穆斯堡爾譜分析顯示該礦物具有高的Fe³⁺（Fe³⁺/全Fe～0.87），遠高於(yu) 目前金剛石內(nei) 發現的超矽石榴石（Fe3+/全Fe < 0.4）。他們(men) 通過高溫高壓實驗合成了相似化學組成的超矽石榴石，並標定壓力大於(yu) 13GPa（圖2）。超矽石榴石是一種典型的超高壓礦物，主要分布於(yu) 地幔200公裏以下，其化學式為(wei) Mg₃(MgSi)(SiO₂)，由於(yu) 其矽具有六次配位結構區別於(yu) 一般石榴石，並且六配位矽的含量越高，形成的壓力越大。

 目前該類礦物僅(jin) 在隕石和少量金剛石的包體(ti) 內(nei) 發現，且相對虧(kui) 損三價(jia) 鐵。富三價(jia) 鐵超矽石榴石的發現揭示了地幔軟流圈底部或地幔過渡層存在富氧成分，與(yu) 地表俯衝(chong) 的沉積碳酸鹽密切相關(guan) ，這也表明碳酸岩岩漿可能形成於(yu) 地幔過渡帶。該項研究對於(yu) 進一步探討地幔過渡帶的動力學演化和和碳酸岩漿的起源都具有重要意義(yi) 。

 該項研究成果於(yu) 2017年4月7日發表在Science子刊Science Advances期刊上（Xu et al.，Sci. Adv. 2017；3: e1601589）。許成研究員是文章的第一作者，許成研究員、張立飛教授和費英偉(wei) 教授為(wei) 共同通訊作者，捷克孟德爾大學的Jind?ich Kynicky、Miroslav Pohanka和宋文磊博士，美國卡內(nei) 基研究所的陶仁彪博士以及地空學院的劉曦研究員參與(yu) 了此項工作，該成果獲得了科技部“973”項目、國家自然科學基金委項目和美國卡內(nei) 基研究所項目的資助。