2020年6月26日

地球化学家解开了地壳消失的谜团

科学家们检查了沿着全球脊带采集的数百个玄武岩样本,这些脊带含有不同数量的回收的古代海洋地壳。“Depleted"部分山脊接收到的信号低于“正常”;回收皮的数量,而“丰富”;部分含有更大比例的回收外壳。 科学家们检查了沿着全球脊带采集的数百个玄武岩样本,这些脊带含有不同数量的回收的古代海洋地壳。山脊的“枯竭”部分接收到的回收地壳少于“正常”数量,而“充实”部分包含更大比例的回收地壳。 卡罗琳·麦克尼尔(Caroline McNiel)插画

研究人员利用一项新技术,揭开了隐藏在地球表面深处的秘密。

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塔拉哈西,佛罗里达州。-感谢地壳:毕竟,地球的最外层是坚固的,支撑着上面的一切,包括我们自己。

但在这一层之下发生的大部分事情仍然是一个谜,包括消失在地球内部的部分地壳的命运。现在,佛罗里达州立大学国家强磁场实验室的一组地球化学家发现了这些岩石隐藏位置的关键线索。爱游戏提现客服

研究人员提供了新的证据,表明虽然大部分地壳相对较新,但有一小部分实际上是由很久以前沉入地幔,后来又重新浮出水面的古老大块组成的。他们还发现,根据“回收”地壳的数量,地球自45亿年前形成以来一直在不断地制造地壳——这一情况与流行的理论相矛盾。

他们的研究发表在今天的杂志上科学的进步

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图片来源:国家MagLab爱游戏提现客服
“就像鲑鱼回到它们的产卵地一样,一些海洋地壳回到了它的繁殖地,新鲜地壳诞生的火山山脊,”合著者、MagLab地球化学家、佛罗里达州立大学教授穆尼尔·胡马云说地球、海洋和大气科学系(地址结束)。“我们使用了一种新技术来证明这个过程本质上是一个闭环,回收的地壳沿山脊分布不均匀。”

除了虎马云,该研究团队还包括MagLab博士后研究员、论文第一作者杨树英和MagLab地球化学集团主任兼EOAS主席Vincent Salters。

地球的海洋地壳是在沿着海底火山脊的构造板块之间的裂缝附近的地幔岩石融化时形成的,产生玄武岩。当新的地壳形成时,它把旧的地壳从山脊推向大陆,就像一条超慢的传送带。最终,它到达了所谓的俯冲带,在那里它被迫在另一个板块下面,并被吞回地球。

再循环的古地壳回到了洋脊。

再循环的古地壳回到了洋脊。
动画由Stephen Bilenky和Caroline McNiel制作

长期以来,科学家们一直在研究俯冲地壳被地幔的高温高压环境重新吸收后会发生什么。它可能下沉到地幔深处并在那里停留,或者以羽毛状上升到地表,或者像巧克力丝穿过黄色大理石蛋糕一样在地幔中旋转。其中一些“巧克力”最终可能会上升,在海洋中部的山脊上重新融化,形成新的岩石,在海底再进行数百万年的工作。

这一新证据支持了“大理石蛋糕”理论。

科学家们已经发现了支持这一理论的线索。一些从大洋中脊收集的玄武岩,被称为富集玄武岩,含有较高比例的某些元素,这些元素倾向于从地幔渗透到形成玄武岩的熔体中;另一些被称为枯竭玄武岩,其含量要低得多。

新工具能打开一个古老的箱子

为了进一步揭示地壳消失的奥秘,研究小组对从30个海洋山脊地区收集的500个玄武岩样本进行了化学分析。有些是富集的,有些是枯竭的,还有一些介于两者之间。

早些时候,研究小组发现,在回收地壳熔体中锗和硅的相对比例低于从熔化的地幔岩石中产生的“原始”玄武岩。因此,他们开发了一种新技术,利用这一比例来识别俯冲地壳的独特化学指纹。

他们设计了一种精确的方法来测量这个比率质谱计在MagLab。然后,他们对这些数字进行了分析,看看这些比率在30个抽样地区之间有何不同,希望能找到有助于揭示这些地区起源的变化。

起初,分析没有发现什么值得注意的东西。当时还在读博士的杨绛对此感到担忧,于是向她的导师咨询。胡马雍建议从一个更广阔的角度来看待这个问题:他们可以比较富玄武岩和贫玄武岩,而不是比较不同地区的玄武岩。

一位杨一位杨
图片来源:佛罗里达州立大学
在迅速重新处理数据后,杨很高兴地看到这些玄武岩组之间的明显差异。

“我非常高兴,”论文的第一作者杨回忆道。“我想,‘我一定能毕业!’”

研究小组在他们采样的所有地区都发现了富集玄武岩中较低的锗硅比(回收地壳的化学指纹),这表明玄武岩像大理石蛋糕一样遍布整个地幔。基本上,他们解开了地壳消失的谜团。

胡马雍说,这是一个“只见树木不见森林”的教训。

“有时你看得太近,把鼻子放在数据上,却看不到规律,”他说。“然后你退后一步,你会说,‘哇!’”

科学家们对他们发现的模式进行了更深入的研究,发现了更多的秘密。根据在全球大洋中脊检测到的富集玄武岩的数量,研究小组能够计算出大约5%到6%的地幔是由回收的地壳组成的,这一数字为地球作为地壳工厂的历史提供了新的线索。科学家们已经知道地球以每年几英寸的速度产生地壳。但它在整个历史中一直如此吗?

胡马雍说,他们的分析表明,“地壳形成的速度不可能与今天的速度有根本不同,这不是任何人预料到的。”

MagLab由美国国家科学基金会和佛罗里达州资助。爱游戏提现客服总部设在佛罗里达州立大学,在佛罗里达大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室设有分支机构。爱游戏提现客服

克里斯汀·科因的故事


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