地下海洋的形成之秘_風聞

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33億年前，導致被海水改變的地殼沉入地幔中的機制早就已經在起作用了。這表明現代板塊構造的基石——全球物質循環是在地球存在的最初10億年間形成的，而且地幔過渡帶中多餘的水來自地球表面的古海洋。

巴伯頓山區的Komati河（南非）。

7月15日發表在《自然》雜誌上的一篇文章認為，早在33億年前，導致被海水改變的地殼沉入地幔中的機制就已經在起作用了。這表明現代板塊構造的基石——全球物質循環是在地球存在的最初10億年間形成的，而且地幔過渡帶中多餘的水來自地球表面的古海洋。

該文章的合作者之一是俄羅斯科學院院士、地質與礦物學博士、俄羅斯科學院沃爾納德斯基地球化學與分析化學研究所教授Alexander Sobolev。他也是賽德項目負責人。

地殼是由大的連續運動的構造板塊組成，當這些板塊碰撞並上升時，就會產生山脈，隨之產生的衝擊會導致地震和海嘯。

在海洋下面，構造板塊的運動非常活躍：古老的海洋地殼，包括那些吸收了海水的礦物質，會沉入地幔深處。由於高温的影響，其中的一些水再次被釋放，並在火山爆發中發揮作用，例如發生在堪察加半島、千島羣島和日本的火山爆發。而那些仍然保留在海洋地殼礦物質中的水，則會繼續陷入深層地幔並在410 - 660公里的深處以瓦茲利石、尖晶橄欖石和鎂鐵硅酸鹽等地幔中主要的礦物形式累積。實驗表明，這些礦物可以含有大量的水和氯。

這就是在地球存在的數十億年間，海洋的大部分是如何被“泵入”地球內部的。

這一過程只是地球物質全球循環的一部分，正是該特徵將我們的星球與太陽系中所有其他天體區分開來。許多科學家都在研究這一機制，試圖瞭解它出現在地球歷史的哪個階段。

為了研究地幔及其成分，地球化學家（專門研究地球的化學成分和岩石形成過程的科學家）使用了由地幔凝固岩漿組成的火山岩樣品。這是一種富含揮發性成分——如水、二氧化碳、氯和硫——的硅酸鹽熔體。

岩漿有不同的類型：科學家通常使用玄武岩熔岩（温度約為1200°C），但在地球早期歷史上噴發的科馬提岩漿（温度在1500-1600°C）更熱。它可以幫助科學家們描述地球內層的演化，因為它更完整地匹配地幔的組成。

科馬提巖是一種火山岩。

科馬提巖是由數十億年前的科馬提岩漿形成的一種火山岩，其成分在其間發生了巨大的變化。它不再提供有關水和氯等揮發性成分含量的信息。但這些岩石仍然含有岩漿礦物橄欖石的殘餘（橄欖石在結晶過程中捕獲了凝固岩漿的內含物，並保護它們不受隨後變化的影響）。這些只有幾十微米寬的內含物保留了關於科馬提亞熔體組成的詳細信息，包括水和氯的含量以及氫的同位素組成。

為了提取這一信息，凝固的岩漿內含物必須被加熱到自然熔點1500℃以上，然後立即回火，生成可用於化學分析的透明鋼化玻璃。

2016年，由沃爾納德斯基地球化學與分析化學研究所(Vernadsky Institute for Geochemistry and Analytical Chemistry)科學家領導的一個國際小組，研究了已有27億年曆史的加拿大阿比提比綠巖帶（Abitibi greenstone belt，由含有綠色礦物的岩漿岩組成的區域）的科瑪提岩漿。

這是該團隊在《自然》雜誌上發表的第一篇文章，當時，科學家們在上地幔層與下地幔層之間深度為410-660 km的過渡帶中收集了水和各種不穩定元素，如氯、鉛和鋇等含量的初始數據，進而提出假設認為，曾經存在一個古老的地下水庫，其質量堪比當今海洋。科學家們認為，這麼多的水是在地球發展的早期階段積累起來的。

Alexander Sobolev説:“在這篇新文章中，我們提供的地球化學數據表明，全球海洋地殼浸入地幔的週期比大多數專家認為的要早得多，而且可能早在地球歷史的頭10億年就開始了。”

在研究過程中，科學家們再次調查了科馬提岩漿的組成，但其來源不同：這些岩漿來自南非巴伯頓綠巖帶，距今已有33億年的歷史。他們用一種可以可以承受高達1700攝氏度的高温的特殊設備加熱了岩漿。地球化學家們發現，之前發現的深含水儲集層早在古太古代就已經存在於地幔中，比之前的研究早了6億年。

◎編譯 |Max

◎審稿 |阿淼

◎責編 |張夢

◎期刊來源 | 《自然》

◎期刊編號| 0028-0836

◎原文鏈接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-07/arsc-sdh071819.php

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