为什么地壳中不应该有深水(例如6公里以下)?

Question

1970年，苏联开始在科拉超深钻孔钻探。目标深度为15,000米;

规定的研究领域是波罗的海地盾的深层结构、地震不连续性和地壳的热状况、地壳深处的物理和化学成分以及从上地壳到下地壳的过渡、岩石圈地球物理，以及创造和发展深部地球物理研究的技术，

根据它的维基百科词条。

从以前的地震实验中获得的数据已被解释为表明了一个转变，即从上面的花岗岩到大约7000米以下的玄武岩。然而，实验中令人惊讶的发现之一是，岩石的种类并没有发生这样的变化;这种差异是变质的，现在被认为是压力变化的结果。同时,

.．.在那个深度的岩石已经完全断裂，充满了水，这是令人惊讶的。与地表水不同，这些水一定来自地壳深处的矿物，由于有一层不透水的岩石，这些水无法到达地表。

这个条目的来源是Allen Bellows在damninteresting.com上报道(巧合的是，假定的花岗岩-玄武岩过渡在“3-6公里”处):

因为在这样的深度是找不到自由水的，科学家们推断水是由氢原子和氧原子组成的，它们是由于巨大的压力从周围的岩石中挤压出来的。

那么，为什么在这样的深度找不到水呢?人们在那里发现水是基于什么假设的?还是只有记者感到惊讶?

很抱歉，我没有更多的初步研究;事实上，我不知道从哪里开始找。网上搜索只能得到这样的结果这篇文章发表在《科学》杂志上这也只是因为在这种情况下，水应该是从岩石中“挤出”来的，就像从其化学成分中合成的一样。(我在Codidact上问过这个问题。物理学，但似乎需要更广泛的地质学背景)

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Answer 1

这一惊人的发现有两个原因:

1. 压实。一旦深度有高压力，密度较小的物质就会上升。拿一桶水，把沙子放进去，使劲挤沙子。水会上升。那么，在几公里深的地方就不会有水了。
2. 即使你在这样的深度有自由的水，预期它们会形成含水但固体的矿物质。例如，向透辉石、顽辉石和石英中加水会形成含水但固体的透闪石:$$\ce{2CaMgSi2O6 + 3MgSiO3 + SiO2 + H2O = Ca2Mg5Si8O22(OH)2}$$或者，向石英和刚玉中加水会形成高岭石:$$\ce{Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O = Al2Si2O5(OH)4}$$压力的增加导致这些反应的平衡转向产物，即没有任何自由水的固体水合相。

至于为什么在那里发现了水，科学界仍有一些争论。其中一种解释是“.．.一定是来自地壳深处的矿物，因为有一层不透水的岩石而无法到达地表)是绝对合理的。另一个(”科学家们推测，水是由氢原子和氧原子组成的，它们是由于巨大的压力从周围的岩石中挤压出来的。)可能是不正确的。

这篇(付费墙)论文用一种非常容易理解的语言提供了一个概述:https://doi.org/10.2138/gselements.16.6.381

Answer 2

没有什么能阻止水存在于地球深处。我们有直接证据证明，即使在地幔中也是如此。

这种水存在的证据可以在钻石中的冰VII内含物中找到[1］．由于其巨大的机械强度，在地幔中形成的钻石在晶格内保持着gpa级的压力，所以当它们到达地表并冷却时，任何困在其中的水都会凝结成高压的冰VII相，而不是普通的冰I$ _{\文本{h}} $或者液相。

这样的相用公式$ {H} _2 \ \文本文本{O} $必须来自未结合的水，不同于岩石物质中的羟基。来自摘要:

[冰VII]包裹体表明，在[上地幔和下地幔之间]的过渡区边界上形成了局部水袋，这是由于岩石在进出该区域时释放出化学束缚的水。

这个答案来自Space Exploration Sta江南电子竞技平台ck Exchange的论文更详细地描述了含金刚石的冰VII的发现，并提出了通过地震测量在外行星卫星上发现其他高压冰的可能性。

参考

1.O. Tschauner, S. Huang, E. Greenberg, V. B. Prakapenka, C. Ma, G. R. Rossman, A. H. Shen, D. Zhang, M. Newville, A. Lanzirotti, K. Tait，“钻石中的冰- vii包裹体:地球深层地幔中含水流体的证据”，科学2018年3月9日:359，第6380期，第1136-1139页。https://doi.org/10.1126/science.aao3030．