从地心出发的地球化学之旅

耶鲁大学的研究人员有一个新理论来解释“热点”的一些地球化学——来自地球深处并在地表喷发的岩浆柱。夏威夷和冰岛是旅游热点，事实证明它们也很受地球化学旅行者的欢迎。

耶鲁大学的一项新研究表明，在整个地球历史中，自然过程推动了可测量的地球化学信号从地球金属核心深处向上穿过厚厚的中间层，一直到达地表，出现在所谓的岩浆“热点”。

新理论可以回答关于这些热点性质的长期问题，这有助于创造地球上一些最美丽的地方。

热点是来自地球深处并在地表喷发的岩浆羽流，帮助形成了夏威夷和冰岛等大型火山岛。

“岩浆热点是地球表面发现的一些最独特的地球化学的发源地，”美国国家科学院院刊上一项新研究的主要作者艾米费里克说。她是耶鲁大学地球与行星科学系的研究生，也是耶鲁大学艺术与科学学院地球与行星科学教授JunKorenaga实验室的成员。

“热点从何而来，是什么让岩浆热点如此独特，目前尚不完全清楚，但研究它们的地球化学可以为我们提供线索，”费里克说。

这些线索之一涉及在这些热点的结晶岩浆中发现的钨和氦的同位素。同位素是原子序数相同但中子数不同的两种或多种原子。

在岩浆热点，钨和氦同位素的比例与它们在地球岩石中间层(称为地幔)中的比例不一致。相反，这些比率与在地球更深处发现的同位素一致——在这颗行星富含钨的金属核心。

传统上，科学界解释了这些同位素比率，尤其是氦同位素比率，认为地球中层的一些岩石根本没有暴露在地表，氦和其他气体从那里逃逸到大气中。

但Ferrick和Korenaga指出，这个概念存在一个问题：地球的地幔对流过程非常活跃——尤其是在地球早期，当它更热且部分熔融时——以至于氦极不可能被困在储层中起源于地幔。

对于这项新研究，Ferrick和Korenaga开发了一个计算机模型，展示了钨和氦的同位素如何从地心出发。他们假设同位素扩散，即基于温度和被移动粒子大小的材料内原子的运动，可以产生某种热点高速公路。

“我最初认为扩散可能太慢而无法发挥作用，所以当艾米证明这个过程足以解释海岛玄武岩的异常钨和氦成分时，我感到很惊讶，”Korenaga说。

该研究对于了解早期地球状况(例如岩浆海洋的范围)具有深远的意义。它还可以帮助科学家了解地球内部数十亿年来一直看不见的区域的演变。