地球化学家测出地幔的新成分

avatar 2019-09-2309:00:46 评论 6

研究人员怀疑,地球表面和地幔之间的动力学比之前假设的要大 。

火山喷发

地球内部的化学成分是什么?由于不可能钻到地球深处超过十公里的地方,由熔融的地球深层内部形成的火山岩经常提供这样的信息。德国明斯特大学和荷兰阿姆斯特丹大学的地球化学家研究了葡萄牙亚速尔群岛的火山岩。他们的目标是:收集有关地幔成分演化的新信息。地幔是大约在地球内部30至2900公里深处的一层。通过使用复杂的分析技术,他们发现亚述尔群岛下面地幔的组成与之前认为的不同,这表明亚述尔群岛的大部分地幔几乎不包含所谓的不相容元素。这些都是化学元素,由于地幔的不断熔融,这些化学元素积累在地壳中,地壳是地球最外层的固体层。

研究人员得出的结论是,在地球的历史上,大量的地幔已经熔融,并最终形成了地壳,这比之前认为的要多。“为了维持地幔和地壳之间的物质分配,地表和地球内部之间的质量通量必须以更高的速度运行,”主持这项研究的明斯特大学教授安德烈亚斯·斯特拉克(Andreas Stracke)说。

由于亚速尔群岛下面的物质是从地幔深处升起的,而且出乎意料地与地幔上部的大部分物质相似,因此整个地幔的组成可能与目前的想法不同。“我们的研究结果开辟了一个新的视角,”安德烈亚斯·斯特拉克说,“因为我们现在必须重新评估地球最大部分的组成——毕竟,地幔占地球体积的80%以上。”这项研究发表在《自然地球科学》杂志上。

背景和研究方法

在他们的研究中,地球化学家检测了橄榄石矿物及其熔融包裹体,即熔岩爆发前橄榄石结晶过程中包裹的岩浆。研究人员分离出这些只有几微米大小的熔体包裹体,用化学方法溶解它们,并分离出某些化学元素。这些元素在它们的生命周期和从地球内部上升的过程中会受到放射性衰变的影响而发生变化——在数百年甚至数亿年的时间里,它们会穿越数千公里。

研究人员用高灵敏度质谱仪分析了熔体的同位素组成。这种方法可以测量一种元素中不同原子的相对丰度,也就是所谓的同位素。“由于我们测量的高效率,我们能够分析十亿分之一克这种元素的同位素组成,”来自明斯特大学矿物学研究所的Felix Genske博士说。通过这种方式,研究人员间接获得了有关地幔物质组成的信息:同位素分析显示,地幔中含有的钐和钕等稀土元素要少得多,但也含有钍和铀等化学成分类似的元素。

安德烈亚斯·斯特拉克说:“根据不同地区(如夏威夷)火山岩中类似的地球化学数据,地幔的其他部分也可能含有比例更高的物质,这些物质在不相容元素中被大量耗尽。”研究人员推测,地球上不相容的富含元素的地壳会以更高的速度循环回到地幔中,从而弥补这一全球性的不足。随着研究的继续,研究人员希望通过调查全球其他火山岛的样本来证实他们的假设。

来源:ScienceDaily

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