10月24日至26日在美国国家科学院(US National Academy of Sciences)举行的庆祝活动中，数千颗钻石在地球深处数百公里处形成，为10年深度碳观测计划(deep Carbon Observatory program)的一些最具历史意义的成就和发现铺平了道路。
黑色、红色、绿色和棕色的矿物斑点，以及钻石包裹的微小的液体和气体口袋，它们在地球深处形成，记录了在特定的深度和时间内地球内部发生的元素环境和反应，泄露了地球的一些最深处的秘密。
例如，氢和氧被困在地球表面以下410到660公里的钻石层中，揭示了地下存在着价值相当于海洋的H2O——其质量远远超过地球表面世界所有海洋中的所有水。
这些大量的水可能是由于大陆板块和海洋板块的运动而从地球表面带到地球深处的。这些板块的俯冲也将地表的碳埋回深处，这是地球自然碳平衡的基本过程，因此也是生命的基础。
了解地球深部的含水量对于了解地球不同深度的物质的多样性和熔化行为，碳氢化合物(如石油和天然气)和其他物质的生成和流动，以及地球深层地下的导电性是至关重要的。
通过测定被困在其他超深钻石“包裹体”内的原始物质碎片的年代，DCO的研究人员可以给板块构造学的起源贴上一个大致的时间标记——用DCO执行董事、卡内基科学研究所(Carnegie Institution for Science)的罗伯特·哈森(Robert Hazen)的话来说，这是“地球上最伟大的创新之一”。它开始于大约30亿年前，当时地球只有15亿年的历史。
由于DCO全球研究网络的建立，钻石研究的速度大大加快，并带来了该计划中一些最有趣的发现和成就。
来自最深处的钻石，通常很小，清晰度很差，一般不会被蒂凡尼用作宝石，但在研究中却异常复杂、坚固和无价。包裹体为DCO的科学家提供了仅存在于极高压地下的矿物样本，并提出了钻石形成的三种方式。
尽管被分析的钻石中多达90%是由科学家认为存在于地幔中的碳元素组成的，但一些“相对年轻”的钻石(可达几亿岁)似乎包含了来自曾经存在的碳元素;换句话说，它们是由从地表返回到地球深处的碳构成的。
钻石还清楚地表明，一些碳氢化合物在地下数百英里处形成，远远超出了活细胞的范畴:非生物能量。
揭开深海非生物甲烷和其他能源的神秘面纱有助于解释微生物和细菌形式的深海生命是如何被滋养的，并支持了生命最初是在远离地表的地方起源和进化(而不是从地表向下迁移)的观点。
钻石也使DCO的科学家能够模拟地球内部的极端条件。
DCO极端物理和化学社区的科学家们使用钻石砧细胞——一种可以在两颗钻石的尖端之间极大地挤压样品的工具，加上可以加热压缩晶体的激光——来模拟地球深处几乎无法想象的极端温度和压力。
他们利用各种先进的技术分析了压缩的样品，鉴定了100种新的含碳晶体结构，并记录了它们有趣的特性和行为。
这项工作为深入了解地球深处的碳原子是如何“相互发现”、聚合和组装成钻石和其他物质提供了洞见。
新材料开发;潜在的碳捕获和储存策略
DCO的发现和研究在许多方面都是重要的和适用的，包括新材料的开发和潜在的碳捕获和存储策略。
例如，DCO的科学家正在研究如何缩短碳封存的自然时间尺度。
阿曼的Samail蛇绿岩是很久以前从地球上地幔隆起的一块罕见的大石，其风化作用和微生物生命为我们提供了一门自然碳封存技术的教程，这些知识可能有助于抵消人类造成的碳排放。
在冰岛，DCO的另一个自然封存项目CarbFix将含碳流体注入玄武岩，观察其向固体的转变。
发现的十年
10月24日至26日，来自世界各地的数百名科学家齐聚华盛顿特区，分享和庆祝这一范围广泛、历时十年之久的深碳观测站的成果，这是迄今为止地球科学领域最大的全球研究合作项目之一。
其秘书处在华盛顿卡内基科学研究所,和5000万美元的核心斯隆基金会的支持下,多次增加额外投资在世界范围内,一个多学科小组的1200名研究人员来自55个国家工作了10年科学四个相互关联的“社区”探索地球的基本工作原理,包括:
碳是如何在地球内部、表面和大气之间移动的
地球深处的碳从何而来，有多少以何种形式存在
生命是如何开始的，以及诸如温度和压力等对地球深层微生物生命的限制
他们以多种方式研究了地球内部，发表了1400篇经过同行评议的论文，同时进行了268个项目，包括:
研究通过在陆地和海上钻探获得的钻石、火山和岩芯样品
进行实验室实验来模拟地球内部的极端温度和压力，并通过对碳的演化和随时间推移的运动进行理论建模
开发高新技术仪器
DCO的科学家们在世界上偏远和不适宜居住的地区进行了实地测量:海底、活火山顶部和中东的沙漠。
在缺少仪器和模型的地方，DCO的科学家开发了新的工具和模型来应对挑战。通过这些研究，DCO投资于下一代深碳研究人员、学生和早期职业科学家，他们将在未来几十年继续探索和发现的传统。
10年深度碳观测项目的关键发现
除了从上面的钻石研究中获得的见解外，该项目的主要发现还包括:
深层生物圈是地球上最大的生态系统之一
深海的生命总共有15000到23000公吨的碳，大约是人类碳质量的250到400倍。巨大的地球深层生物圈占据的空间几乎是世界上所有海洋的两倍。
DCO的科学家们探索了微生物是如何从“非生物”甲烷和其他能源中获取营养的——这些燃料并不是来自上面的生物生命。
如果微生物能够利用地球深层地下岩石中的化学能生存，那么这对其他行星也适用。
这种关于能够维持生命的环境类型的知识，特别是那些能量有限的环境，可以指导在其他行星上寻找生命。例如，在太阳系外围，来自太阳的能量很稀少，就像在地球的地下环境中一样。
DCO的研究人员还发现了有记录以来最深、密度最低、寿命最长的海底微生物生态系统，改变了我们对极端压力、温度和深度下生命极限的理解。
地壳中的岩石和流体为我们了解地球上生命的起源，以及到哪里去寻找其他星球上的生命提供了线索
DCO的科学家们在海底岩石中发现了氨基酸和复杂的有机分子。这些构成生命的分子是由非生物合成而成的，在地质记录中从未被观测到。
他们还在几千米深处发现了富含氢、甲烷和氦的古代含盐液体，为早期有能力孕育生命的受保护环境提供了证据。
非生物甲烷形成于地壳和地幔中
当水在压力下遇到无处不在的矿物橄榄石时，岩石与水里的氧原子发生反应，变成另一种矿物——蛇纹石——其特征是有鳞的、绿棕色的蛇皮状外观。
这种“蛇纹石化”的过程导致了地球上许多不同环境中“非生物”甲烷的形成。DCO的科学家开发并使用了复杂的分析设备来区分生物(来自古代植物和动物)和甲烷的非生物形成。
DCO对上地幔岩石的现场和实验室研究记录了一种新的高压蛇纹石化过程，这种过程产生非生物甲烷和其他形式的碳氢化合物。
通过这些地质的、非生物的过程，甲烷和碳氢化合物的形成为微生物生命提供了燃料和营养。
大气中的二氧化碳在亿万年来一直相对稳定，但偶尔会发生巨大的灾难性碳扰动
DCO的科学家们已经重建了地球上亿万年以来的深层碳循环。这张新的、更完整的行星碳的进出气的图片显示了一个非常稳定的系统在数亿年的时间里，除了一些明显的偶发性的例外。
大陆的分裂和相关的火山活动是自然的行星放气的主要原因。DCO的科学家们通过调查大规模火山爆发和小行星撞击的罕见事件，来了解地球及其气候如何对这种灾难性的碳干扰做出反应。
利用DCO的新GPlates平台进行的板块构造建模使得通过地质时间重建地球的碳循环成为可能。
地球深处释放出的大部分碳是从与火山爆发无关的裂缝和断层中渗出的
火山和火山地区每年向海洋/大气系统排放的二氧化碳达280-360兆吨。这既包括火山喷发时的排放，也包括全球火山地区和大洋中脊系统的弥漫性裂缝和断层的二氧化碳脱气。
人类活动，如燃烧化石燃料，所排放的二氧化碳是所有火山和构造地区排放的总和的100倍。
火山排放的二氧化碳和二氧化硫的比例变化可能有助于预测火山爆发
在一些火山喷发前几天到几周，排放的二氧化碳相对于二氧化硫的量会增加，这增加了改进预测和减轻人类危险的可能性。
DCO的研究人员测量了全球的火山产出。例如，意大利的埃特纳火山(Mount Etna)是地球上最活跃的火山之一，它通常会在大喷发前两周喷出比平常多5到8倍的二氧化碳。
液体在地球深处移动和转化碳
实验和新的理论工作导致了一种革命性的深层地球水的DCO新模型，并发现钻石可以通过有机和无机碳的水-岩石相互作用很容易形成。
这个模型预测了钻石中流体包裹体中所发现的水的化学变化，并对长期返回地球大气层的碳和氮的数量产生了新的见解。
DCO的科学家还发现，含碳矿物，包括碳酸盐、石墨和钻石，在地幔水-岩石系统中的溶解度比之前认为的要高得多。
四年内发现31种新的含碳矿物
在对地球表面已知的含碳矿物、它们的组成和发现地点进行分类之后，DCO的研究人员发现了矿物产地和它们出现频率之间的统计关系。根据这个模型，他们预测了145个尚未被发现的物种，并在2015年要求民间科学家帮助发现它们。
在碳矿物挑战中发现的31种具有科学意义的新矿物中，有两种曾被预测过，包括在智利发现的三唑石，人们认为它部分来源于鸬鹚的鸟粪。下面的照片。
与此同时，在DCO执行董事Robert Hazen的带领下，科学家们建立了一个全新的矿物分类系统。
通过实验和观察，DCO的科学家们在地幔深处发现了新形式的碳，对地幔深处的碳“储存能力”，以及俯冲作用在将地表碳循环回地球内部的作用有了新的认识。
研究还为我们星球历史上重大变化的记录提供了新的线索，比如氧气的增加和超级大陆的兴衰。
地球上三分之二的碳可能存在于富含铁的地核中
DCO的研究表明，地球上三分之二或更多的碳可能以碳化铁的形式封存在地核中。这种“隐碳”使地球的总碳含量更接近太阳的观测值，有助于我们从天体物质中了解地球碳的来源。
文章发布于2019年10月24日
