地球的地幔如何像杰克逊波洛克画

日期:
2019年5月20日
资料来源:
犹他大学
摘要:
新的研究描绘了地球地幔的复杂图景,这是一种地球化学多样化的马赛克,与最终到达地表的相对均匀的熔岩有很大不同。
图片来源: ©skeeze / pixabay

在无数的小学科学教科书中,地球的地幔是黄色到橙色的梯度,在地壳和核心之间是一个模糊的层。

对于地质学家来说,地幔远不止于此。这是一个生活在地壳寒冷和核心明亮热量之间的地区。这是海底诞生和构造板块死亡的地方。

今天发表在“ 自然地球科学”杂志上的一篇新论文描绘了一幅更为复杂的地幔图片,它是一种地球化学上多样化的马赛克,与最终到达地表的相对均匀的熔岩大不相同。更重要的是,这幅马赛克的副本隐藏在地壳的深处。该研究由犹他大学地质学助理教授Sarah Lambart领导,由欧盟的Horizo​​n 2020研究和创新计划以及国家科学基金会资助。

“如果你看杰克逊波洛克的一幅画,你会有很多不同的颜色,”兰巴特说。“这些颜色代表不同的地幔组成部分,线条是由这些组件产生的岩浆并运输到表面。你看黄线,它不会与红色或黑色混合很多。”

原始矿物

我们进入地幔的最佳途径是熔岩形式,在海洋中脊处爆发。这些山脊位于海底中间,产生新的海洋地壳。这种熔岩的样品显示,它在地球上的化学位置基本相同。

但这与地壳生命周期另一端的情况不一致。旧的海洋地壳远离海洋中部的山脊,直到它被推到大陆之下并沉入地幔。之后发生的事情有点不清楚,但如果地幔和旧地壳都融化了,那么岩浆的化学成分应该会有一些变化。

所以来自威尔士和荷兰的兰巴特和她的同事试图发现地幔在大洋中脊上升为熔岩之前的样子。他们检查了通过海洋地壳钻探的核心,以观察累积矿物:当岩浆进入地壳时,第一批矿物结晶。

“我们研究了这些矿物中最原始的部分,”Lambart说,并补充说,一旦他们找到原始矿物,他们只分析那些最早的矿物形成的化学成分。“如果你实际上没有看到最原始的部分,你可能会失去第一次融化到地壳的信号。这就是我们工作的原创性。”

他们分析了厘米到厘米的样本,以观察钕和锶同位素的变化,这可以表明来自不同类型岩石的地幔物质的不同化学成分。“如果你的累积中有同位素变异性,这意味着你必须在地幔中同位素变异,”Lambart说。

当搅拌机打开时

这正是团队发现的。累积中同位素变化的量是中洋脊熔岩中的七倍。这意味着地幔远非混合良好,并且这种可变性在累积中得以保留。

Lambart说,可能的原因是不同的岩石在不同温度下融化。第一块融化的岩石,例如旧地壳,可以形成可以将岩浆输送到地壳的通道。另一种类型的岩石的熔化可以做同样的事情。最终结果是几个通道网络汇聚到海洋中脊但不混合 – 回到杰克逊波洛克绘画上的油漆条纹。

要了解这一发现对于地质学意味着什么,请想象一下冰沙。不 – 比这更远,并想象充满水果,冰,牛奶和其他成分的搅拌机玻璃水瓶。这就像地幔 – 分散的成分,因为草莓来自蓝莓,因此彼此不同。完全混合的冰沙就像大洋中脊熔岩。它完全混合了。在深地幔和中洋脊之间的某个点上,地球打开了搅拌器。兰巴特说,她的结果表明,在地幔顶端,混合还没有发生。事实证明,搅拌机直到地壳的某个地方才会打开。

Lambart的工作帮助她和其他地质学家重新定义了他们的材料如何通过地幔向上移动到表面的想法。

“问题是我们需要找到一种模拟地球动力学地球的方法,包括板块构造,以实际重现今天在岩石中记录的东西,”她说。“到目前为止,这个链接已经丢失了。”

现在,Lambart正在建立一个新的实验岩石学实验室,研究岩浆在穿过地幔和地壳的过程中保持化学成分的条件。

材料来源:

相关材料University of Utah. 提供,文章经《科学的杂志》整理,在格式和长度上可能有所变化。


期刊参考文献:

  1. Sarah Lambart, Janne M. Koornneef, Marc-Alban Millet, Gareth R. Davies, Matthew Cook, C. Johan Lissenberg. Highly heterogeneous depleted mantle recorded in the lower oceanic crust. Nature Geoscience, 2019; DOI: 10.1038/s41561-019-0368-9
引用此页:
University of Utah “地球的地幔如何像杰克逊波洛克画” 科学的杂志,2019年05月21日。 http://www.kexuede.com/post/2019/050343211229/

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