地球内部是一个高温高压的极端环境，地球中超过95%的物质处于800°C 和1 GPa (相当于10000个大气压)以上条件下，地核的温度和压力更是高达5000°C，360 GPa。地球内部除了固态的岩石还存在少量活动性较强的流体，这些流体对于地球内部的物质和能量迁移起着至关重要的作用，比如火山喷发以及稀有金属成矿等。
无论是新疆阿尔泰的稀有金属矿床、山东胶东的金矿或者是晶洞的形成都与地球内部的流体活动密切相关。研究这些流体的结构及物理化学性质对于我们了解地球内部的动力学过程，发现潜藏的矿产等具有重要意义。
图｜地球的圈层结构
早期，由于地球内部的不可及性，它们在高温高压下的组成和物理化学性质无法被直接获得。现今，随着科学技术的发展和国家的大力扶持，一方面，地球物理探测为我们探索地球内部的结构和动力学过程提供了途径；另一方面，高温高压实验更为我们提供了认识地球内部的“放大镜”和“显微镜”，是当前我们了解地球内部物质组成、结构、构造和动力学过程的主要窗口和手段。
水热金刚石压腔(Hydrothermal Diamond Anvil Cell)是目前应用最广泛的高温高压流体装置之一。
图｜水热金刚石压腔结构示意图
由于金刚石是自然界最硬的矿物，且具有良好的导热性和高温稳定性，所以该装置主要是利用两颗大小、形状、设计和物理性质基本一致的金刚石和一个带孔的金属垫片形成一个封闭的样品腔，通过外部加热和机械加压模拟地球内部的高温高压环境。
图｜水热金刚石压腔样品腔示意图
由于金刚石的透光性极佳，可以结合光学显微镜、显微红外光谱、激光拉曼光谱、同步辐射X射线等多种微区分析技术，对地球内部流体的相分离和均一化过程进行原位观测，对流体的微观结构、元素含量和种型开展定量分析，对流体的密度、黏度和电导率等物理性质进行实时测量。
图｜升温过程中硅酸盐熔体和富水流体均一形成超临界流体的过程
中国科学技术大学地球和空间科学学院倪怀玮教授课题组组建的水热金刚石压腔实验室现拥有10台水热金刚石压腔(包括6台Bassett型，2台BX90型和2台四柱改型)以及附属的温度控制和样品检测设备(含2台偏光显微镜和1台阻抗分析仪)。
目前可以实现1000°C和4 GPa的温压条件，可以研究地壳和上地幔顶部的流体性质及其动力学过程。
Bassett型
水热金刚石压腔
BX90型
水热金刚石压腔
供稿：倪怀玮教授课题组
美编：渡鸦
石头科普工作室出品