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科学的实验,荒诞的推理-地核真有大水库?

已有 1173 次阅读 2021-7-8 22:46 |系统分类:科研笔记

地核真有个大水库?

伦敦大学地球科学系李云国(Yunguo Li)去年发表在nature子刊geoscience的文章,题目叫“地核里有个很大的水库”,我惊掉下巴了,哇塞!是我看错了?孔子曰,“水火不容”,目前在侵入岩花岗岩、辉岩、橄榄岩等岩体中,发现几乎不含氢,而这些岩石是来自于深部的,何来氢?

其基本思路是:计算纯铁或硅酸岩熔体和不同H或H2O含量下体系的吉布斯自由能,并根据这些吉布斯自由能给出H或H2O的化学势能,然后根据这些化学势能计算H的分配系数。

换成大白话是:给足量铁、硅酸盐和水,强行关在一起,发现水跟铁亲近,而地核里铁多,于是根据分配比例算出地核的氢有130个目前海洋的含氢量。真敢下结论,将氢换算成水的话,就相当5个大洋,相当于地核中水的体积占地核总体积的4.8%,相当于孔隙度为4.8%。

这是一个什么概念?目前所发现的沉积地层,孔隙度4.8%算不错的了,多数地层孔隙度<2%,少量储集层可>10%。花岗岩几乎不含孔隙,更不会含氢。

科拉超深钻的含水量,也包括结构水,经测量得出,近地表孔隙度6%,在11km深处只有1%。这4.8%的地核含水从何而来?

Hecht(1997)对德国Fichtelgebirge花岗岩体进行了全岩主要元素分析,可以看出元素级的分异现象,1)不含结构水;2)从顶部的白云母花岗岩到底部的黑云母花岗岩,重元素Fe, Mg, Ca, Ti含量逐渐增加,而轻元素Si和Na含量逐渐减小。更别说氢了,氢很轻,经地球内部的分异作用,氢在深部不可能存在。

这个实验本身没毛病,是科学的,但如此推理,得出地核有大水库,就太荒诞了,象民科的思维?

化学反应在实验室成立,可称为科学研究,但要将它推到地球内部,地球深部环境,则需要问问,是否有这样的物质基础,古人云,巧妇难为无米之炊。

这好比,将2个逃犯和一个公主封闭在一个荒岛上,1个逃犯是强奸犯(铁)、1个是杀人犯(硅酸盐熔体),实验10年,看公主(水)最后亲近谁。实验结果可能是公主(水)和强奸犯(铁)在一起了,保命要紧。于是得出,公主愿意和强奸犯待在一起,且在贫民窟(地核)里有大量公主(水)。这个结论是来搞笑的?公主(水)会出现在贫民窟里吗?有足够的公主(水或氢)会待在地核(贫民窟)里?答案是显而易见的。

类似实验还很多,如2002年Kenney在“The evolution of multicomponent systems at high pressures ... carbon system: The genesis of hydrocarbons and the origin of petroleum”得出,在3万个大气压下,甲烷可以生成乙烷,而这个压力对应100公里深,证明了石油烃的高压成因,被石油的无机论者奉为圣经。但作者忘了,在100公里深处,温度至少1000度以上吧?这时还会有甲烷存在吗?有甲烷早就分解成碳和氢了,而这两者比硅铝质岩浆密度低得多,地球内部是一个开放环境,重力分异会使碳和氢向近地表运移,还容得了甲烷存在?靠近岩体的煤,慢慢会变成石墨,只留下碳,而氢早跑光了,若是岩浆内部呢,可能连碳都没了。

一些学者认为地壳中水的含量约占地壳总质量的3%~ 6%, 地幔中水的含量约占地幔总质量的0.03%~0.1%(徐有生等, 1995) ,这个结论还凑合。另有学者认为,地壳中所含水的总量大约为1.4×1021kg(牛树银,2001,Niu S Y),按此换算, 地壳的平均孔隙度应达到5.38%,这也太玄了,到处都是好的储层!Wu(2018)的研究,认为地核有4-5个海洋的水量。Murakami(2002)认为,下地幔中存贮了5个海洋的海水量。Brendan Murph(2020)文章提到,在15 kbar压力下,玄武质熔体含4 wt%水。玄武岩包含平均约4 wt%的含水量(Collins,2020)。

Umemoto and Hirose(2015)的计算,认为地核含1wt%的氢。杨华(2019), Nomura(2014) 认为地核的储水能力为海洋水的76.8倍,即1.03*1011km3,和地核的体积1.765*1011km3相当了(地核半径按3480km计算),相当地核几乎一个纯水球了!

总结这个错误就是:地核太“水”了。

这个错误的结论得出有两个误导:1)这个实验,为实验证据;2)实际测量证据,学者们,喜欢从玄武岩、橄榄岩中寻找包裹体,里面包了氢或水等轻物质,这些包裹体被认为来自地幔甚至更深,但它们存留在近地表多少亿年了,近朱者赤、近墨者黑,在近地表含水及各种轻矿物背景下,岩体早已被污染和同化了,专业词汇叫“浸染”,里面要找到氢,水,甚至机质一点也不难。至今我没发现报道,有谁愿意去侵入不久的花岗岩体的岩体中心部位,且打钻打到岩体中心一定深度取芯,去找找含氢或有机质的证据?不敢了,会露馅的!这就是错误的根源。

呜呼!

 

参考文献

Niu, S. Y., Hou, Z. Q. & Sun, A. Q. The anti-gravity migration of metallogenic fluid from core and mantle. Earth Science Frontiers (China University of Geosciences, Beijing) 3, 95-101( 2001)

Li, Y., Voadlo, L., Sun, T., & John, P. B. The Earth's core as a reservoir of water[J]. Nature Geoence 13(6), 1-6 (2020)

Collins, W. J., Murphy, J. B., Johnson, T. E. and Huang, H. Q. Criticalrole of water in the formation of continental crust. Nature Geoscience 13, 331-338(2020). 

 Hecht, L., Vigneresse, J. L., Morteani, G. Constraints on the zonation of the granite complexes in the Fichtelgebrige(Germany and the Czech Republic): evidence from a gravity and geochemical study. Geol Rundsch 86, Suppl., S93-109(1997)

Murakami, I. M., Hirose, K., Yurimoto, H., Satoru, N. & Naoto T. Water in earth′s lower mantle[J]. Science 2, 1885-1887 (2002)

 




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1 李务伦

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