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25亿年地核正在持续泄漏,科学家或因此

来源:留尼汪 时间:2024/3/5
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撰稿:白小白,编辑:徐德文我们知道,地壳和地幔之间通过板块运动不断交换物质,板块俯冲进入地幔,地幔物质又通过火山回到地表;在广袤无际的大海底部,地壳就更年轻了,来自地幔的岩浆通过中洋脊涌出,推动地壳快速回到地幔里——通常不会超过2亿年,新的海底地壳就会轮回到暗无天日的地幔里自怨自艾。那么,地球深处地地幔和地核之间又有没有物质交换呢?数十年来科学家们对此一直争论不休。由于地核远在公里的地球深处,科学家们不方便,更主要是依靠目前的技术,还没能耐派出什么探测器抵达这个深度一探地核的秘密,所以无论是普通人还是科学家,虽然对地核都充满无以言表的向往,却一直不得入门之法而深感惆怅。不过最近,来自卡尔顿大学地球科学系的一项新研究,却找到了巧妙探测地核与地幔是否存在物质交换的办法。研究表明,在过去的25亿年里,我们的地球内核一直在向外泄漏物质,这些物质确实通过某种机制转移到了地幔底部,进而到达地表。当然,科学家们并没有采用简单粗暴的方式,向地下打孔以直抵地核,这既不现实也不科学,甚至算作科幻都很勉强,估计连张飞李逵鲁智深也不屑为之。卡尔顿大学的哈尼卡·里佐(H.Rizo)博士,以及她的研究团队以地球内部的金属元素钨(W)作为突破口,揭开了地核与地幔悄悄传送物质的秘密。我们知道,地核的成分主要是铁镍,以及溶解在其中的钨、铂、金等元素。其中钨的两种同位素W和W,科学家们认为可以用作示踪剂来跟踪地核成分的移动。因为在原始地球分异成地核和地幔的时候,亲铁元素钨一心投奔了地核,而亲岩元素铪则留在地幔中。由于铪的同位素Hf会衰变成W,而其半衰期仅万年,这就意味着经过漫长的地质年代,地幔中的Hf会全部衰变成W,导致地幔中W的含量显著升高。科学家们可以通过比较地幔中W和W的比例来确定是否有地核物质泄漏到了地幔中:如果没有交换,地幔中的W/W同位素比例不会发生变化;如果有交换,则地核中的W和W来到地幔中后,会导致W/W的比值减小。那么到哪里去寻找W/W的比值数据呢?这就是本文开头提到的火山运动,科学家们利用印度洋西部留尼汪岛、南部凯尔盖朗群岛的火山岩,夏威夷的玄武岩以及西澳大利亚皮尔巴拉克拉通的太古宙岩石,对来自地球不同历史时期地幔物质中的W/W比值进行了分析。结果表明,从地球诞生后43亿年到27亿年前,很少甚至根本没有物质从地核渗透到地幔;而在之后的25亿年里,地幔的钨同位素比例却发生了明显的变化。研究人员推断,大约在26亿年前的太古宙末期,由于地球板块运动而触发了地幔中的对流,导致钨从地核泄漏到了地幔里。那么这些钨元素是如何泄漏出来的呢?研究发现,地幔柱从地核与地幔的边界升起,地球表面的岩石则在板块俯冲作用下进入地幔,这个过程像是一个跷跷板,地表的富氧物质会被带入地幔深层,导致地核与地幔边界处氧气浓度增加,迫使钨从地核中分离出来进入地幔之中;或者,地球内核的固化也会增加外核的氧浓度,让钨从外核中泄露出去,这样的情况或许可以告诉我们更多地核演变的信息,甚至揭开地球磁场何时形成的秘密。这项研究发表在上月的《GeochemicalPerspectivesLetters》期刊上。

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