地球的地幔如何像傑克遜波洛克畫

日期:
2019年5月20日
資料來源:
猶他大學
摘要:
新的研究描繪了地球地幔的複雜圖景,這是一種地球化學多樣化的馬賽克,與最終到達地表的相對均勻的熔岩有很大不同。
圖片來源: ©skeeze / pixabay

在無數的小學科學教科書中,地球的地幔是黃色到橙色的梯度,在地殼和核心之間是一個模糊的層。

對於地質學家來說,地幔遠不止於此。這是一個生活在地殼寒冷和核心明亮熱量之間的地區。這是海底誕生和構造板塊死亡的地方。

今天發表在「 自然地球科學」雜誌上的一篇新論文描繪了一幅更為複雜的地幔圖片,它是一種地球化學上多樣化的馬賽克,與最終到達地表的相對均勻的熔岩大不相同。更重要的是,這幅馬賽克的副本隱藏在地殼的深處。該研究由猶他大學地質學助理教授Sarah Lambart領導,由歐盟的Horizo​​n 2020研究和創新計劃以及國家科學基金會資助。

「如果你看傑克遜波洛克的一幅畫,你會有很多不同的顏色,」蘭巴特說。「這些顏色代表不同的地幔組成部分,線條是由這些組件產生的岩漿並運輸到表面。你看黃線,它不會與紅色或黑色混合很多。」

原始礦物

我們進入地幔的最佳途徑是熔岩形式,在海洋中脊處爆發。這些山脊位於海底中間,產生新的海洋地殼。這種熔岩的樣品顯示,它在地球上的化學位置基本相同。

但這與地殼生命周期另一端的情況不一致。舊的海洋地殼遠離海洋中部的山脊,直到它被推到大陸之下並沉入地幔。之後發生的事情有點不清楚,但如果地幔和舊地殼都融化了,那麼岩漿的化學成分應該會有一些變化。

所以來自威爾士和荷蘭的蘭巴特和她的同事試圖發現地幔在大洋中脊上升為熔岩之前的樣子。他們檢查了通過海洋地殼鑽探的核心,以觀察累積礦物:當岩漿進入地殼時,第一批礦物結晶。

「我們研究了這些礦物中最原始的部分,」Lambart說,並補充說,一旦他們找到原始礦物,他們只分析那些最早的礦物形成的化學成分。「如果你實際上沒有看到最原始的部分,你可能會失去第一次融化到地殼的信號。這就是我們工作的原創性。」

他們分析了厘米到厘米的樣本,以觀察釹和鍶同位素的變化,這可以表明來自不同類型岩石的地幔物質的不同化學成分。「如果你的累積中有同位素變異性,這意味著你必須在地幔中同位素變異,」Lambart說。

當攪拌機打開時

這正是團隊發現的。累積中同位素變化的量是中洋脊熔岩中的七倍。這意味著地幔遠非混合良好,並且這種可變性在累積中得以保留。

Lambart說,可能的原因是不同的岩石在不同溫度下融化。第一塊融化的岩石,例如舊地殼,可以形成可以將岩漿輸送到地殼的通道。另一種類型的岩石的熔化可以做同樣的事情。最終結果是幾個通道網路匯聚到海洋中脊但不混合 – 回到傑克遜波洛克繪畫上的油漆條紋。

要了解這一發現對於地質學意味著什麼,請想像一下冰沙。不 – 比這更遠,並想像充滿水果,冰,牛奶和其他成分的攪拌機玻璃水瓶。這就像地幔 – 分散的成分,因為草莓來自藍莓,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間的某個點上,地球打開了攪拌器。蘭巴特說,她的結果表明,在地幔頂端,混合還沒有發生。事實證明,攪拌機直到地殼的某個地方才會打開。

Lambart的工作幫助她和其他地質學家重新定義了他們的材料如何通過地幔向上移動到表面的想法。

「問題是我們需要找到一種模擬地球動力學地球的方法,包括板塊構造,以實際重現今天在岩石中記錄的東西,」她說。「到目前為止,這個鏈接已經丟失了。」

現在,Lambart正在建立一個新的實驗岩石學實驗室,研究岩漿在穿過地幔和地殼的過程中保持化學成分的條件。

材料來源:

相關材料University of Utah. 提供,文章經《科學的雜誌》整理,在格式和長度上可能有所變化。


期刊參考文獻:

  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
引用此頁:
University of Utah 「地球的地幔如何像傑克遜波洛克畫」 科學的雜誌,2019年05月21日。 http://www.kexuede.com/zh-tw/post/2019/050343211229/

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