地下约 700 公里深处 的一层岩石中，水被锁定在极端压力和高温下的矿物晶体内部。这种物质并非流动于开阔洞穴中的液态海洋，而是氢和氧融入深部地幔矿物的晶格结构，形成固态岩石中的一个巨大储层。
这一 深层水储层 的证据来自地震测量、高压实验室实验以及一颗钻石带到地表的一粒微小矿物样品。发表于《科学》杂志的一项研究将下地幔顶部附近的异常熔融与从林伍德石中释放的水联系起来。林伍德石是一种存在于地幔过渡带中的矿物。
林伍德石 是橄榄石（地幔上部主要矿物之一）的高压形态。它形成于约 410 至 660 公里深度，此处压力迫使原子排列成更致密的结构。其晶体结构可在固态矿物内容纳羟基（一种由氢和氧组成的化学基团）。
实验室样品显示，林伍德石可含有超过 1% 的质量百分比的水。如果整个过渡带的岩石都保持这一浓度，总水量将接近地球表面海洋水量的近三倍。这一数值描述的是广阔地幔岩层可能的储水能力，并非发现地下的单一液态水体。
这项《科学》杂志上的研究将实验室工作与美国阵列（一个遍布美国、由超过 2000 台仪器组成的网络）的地震观测结合起来。研究团队分析了地震产生的地震波在穿越地球不同层位时的传播情况。
地震波在通过温度、密度或熔融量不同的岩石时速度会发生变化。研究人员在过渡带与下地幔的边界附近探测到部分熔融的迹象。该模式出现在地幔物质似乎向下运动的区域。
雅各布森通过在小钻石之间压缩合成林伍德石并加热至地球内部温度，再现了这些条件。实验在对应过渡带下边缘的压力下产生了少量熔融。这些实验室结果与在北美下方探测到的地震信号类型吻合。
“当含有大量 H₂O 的岩石从过渡带进入下地幔时，它必须以某种方式摆脱 H₂O，因此会轻微熔化，”新墨西哥大学地震学家布兰登·施曼特在西北大学的报道中解释道。“这被称为脱水熔融。”
岩石中仅需有一小部分熔融，仪器就能探测到。根据该研究报道，约 1% 的熔融就足以使地震波速度减慢至可测量的信号。观测覆盖了美国下方大片区域，并识别出在含水林伍德石会转变为下地幔矿物的深度处发生了熔融。
另一项独立发现提供了一个来自地幔的含水林伍德石实物样品。由阿尔伯塔大学 格雷厄姆·皮尔逊 领导的研究团队检查了一颗来自巴西茹伊纳的小钻石。研究人员在其内部发现了一粒微小的林伍德石碎片。
这颗钻石形成于地下深处，随后通过火山物质到达地表。其坚固的晶体结构在上升途中保护了包裹体。如果没有这种保护，林伍德石通常会在压力降低时转变为另一种矿物，使科学家无法获得完整的样品进行分析。
分析显示，该包裹体含有约 1.5% 的质量百分比的水。该样品提供了直接证据，表明过渡带中的天然林伍德石可以储存水。这项研究发表于《自然》杂志，时间略早于《科学》杂志上报道的地震与实验室研究。
该图显示：（A） 高压下的样品。（B） 不同林伍德石状态的吸收光谱。（C） 熔融区域和钙钛矿的细节。皮尔逊后来表示，研究人员已识别出另一颗含水林伍德石晶体。“自从我们首次报道含水林伍德石以来，我们又发现了一颗同样含水的林伍德石晶体，因此证据现在非常充分，”他说。
法兰克福歌德大学地球科学家弗兰克·布伦克是钻石研究团队的成员。对钻石中矿物包裹体的研究，使科学家能够检测到常规钻探无法触及的、形成于更深处的物质。这些微小封存的样品保留了地球内部的化学和矿物结构信息。
综合发现将水定位于 地幔过渡带（上地幔与下地幔之间的层位）。地震测量在其下边界附近识别出熔融，实验室实验再现了这一过程，而钻石包裹体则表明天然形成的林伍德石能够在其晶体结构内携带水。
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