科學(xué)家們分析了數(shù)百個(gè)沿著全球各地洋中脊采集的樣本，這些樣本包含不同數(shù)量的古代海洋地殼。這些地殼經(jīng)歷過(guò)完整的誕生與消亡過(guò)程，它們?cè)凇柏汃ぁ保―epleted）部分中的比重比“正常”（Normal）少，而在“富集”（Enriched）部分的比重較大。
山川江河，飛鳥(niǎo)走獸，一切的繁榮都離不開(kāi)這顆星球最上層的堅(jiān)硬外殼——承載萬(wàn)物的地殼。
然而，對(duì)于這層硬殼之下發(fā)生的事，我們?nèi)匀恢跎佟＠纾氐降厍騼?nèi)部消亡了的那部分地殼經(jīng)歷了什么？如今，佛羅里達(dá)州立大學(xué)國(guó)家高磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室（MagLab）的地球化學(xué)團(tuán)隊(duì)帶來(lái)一些十分重要的線索，或許能令我們一窺那些巖石被“藏進(jìn)”地下的過(guò)程。
這些新鮮出爐的證據(jù)表明：盡管絕大多數(shù)地殼都是相對(duì)“年輕”的，卻也有一小部分非常古老的巖塊——那些曾深入地幔，后來(lái)又上浮至淺層的“老前輩”們。基于這些經(jīng)歷過(guò)“地幔之旅”的地殼的量，他們還發(fā)現(xiàn)：地球自45億年前形成以來(lái)就一直在不停地制造地殼——這與當(dāng)前盛行的理論相矛盾。這項(xiàng)研究成果已發(fā)表于《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）。
“就像鮭魚(yú)游回它們的產(chǎn)卵地一樣，一些海洋中的地殼也會(huì)返回海底火山脊——它們誕生的地方。”佛羅里達(dá)州立大學(xué)地球、海洋和大氣科學(xué)系（EOAS）的Munir Humayun教授說(shuō)道，他是高磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的一位地球化學(xué)家，也是本研究的共同作者。“我們使用全新技術(shù)來(lái)展現(xiàn)這個(gè)不斷循環(huán)過(guò)程，同時(shí)，那些返回的地殼沿著火山脊不均勻地分布。”
和Humayun同一團(tuán)隊(duì)的還有該論文的第一作者——MagLab的博士后研究員Shuying Yang，以及MagLab地球化學(xué)團(tuán)隊(duì)主管兼EOAS主席Vincent Salters。
海底火山脊沿線的構(gòu)造板塊之間有裂縫，其附近的地幔巖石融化產(chǎn)生玄武巖，也就是新生的海洋地殼。舊的海洋地殼受到新生部分的擠壓，從火山脊向大陸緩緩移動(dòng)，最終到達(dá)“俯沖帶”，地殼被“塞進(jìn)”另一板塊之下，重新回到地球內(nèi)部，整個(gè)過(guò)程就像一個(gè)超大型傳送帶。
那些俯沖后的地殼被熾熱高壓的地幔所淹沒(méi)，然后呢？這也是長(zhǎng)久以來(lái)科學(xué)家們競(jìng)相推理的事。那些地殼可能沉入更深的地幔，或者隨著地幔柱重回表面，或者在地幔里“打轉(zhuǎn)”，如同大理石蛋糕里的巧克力。其中有些最終上升，重新融化在洋中脊中，形成新的巖石，開(kāi)始下一趟歷時(shí)百萬(wàn)年的海底之旅。
本次研究的新證據(jù)進(jìn)一步支持了“大理石蛋糕”理論。
科學(xué)家們已經(jīng)掌握了支持該理論的線索：洋中脊有一部分所謂“富集玄武巖”，其中某些元素的占比很高，極有可能是從地幔滲出的熔融物（后來(lái)形成玄武巖）。而這些元素含量水平較低的玄武巖則被稱為“貧瘠玄武巖”。
為了進(jìn)一步揭示消失地殼的奧秘，研究小組從30個(gè)洋脊區(qū)收集了500個(gè)玄武巖樣本，并對(duì)樣本進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果表明：其中有些是“富集”的，有些是“貧瘠”的，還有一些介于兩者之間。
早些時(shí)候該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，相比地幔巖石中出現(xiàn)的新生玄武巖，鍺和硅的相對(duì)比例在熔融的地殼中要低很多。于是，他們以該比例作為俯沖地殼的“化學(xué)指紋”，將其發(fā)展成一種辨別技術(shù)。
他們?cè)O(shè)計(jì)了一種精確的方法，使用MagLab的質(zhì)譜儀來(lái)測(cè)量該比例，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，觀察這些比例在30個(gè)采樣地區(qū)之間的差異，希望從觀察到的差異中揭示樣本的起源。
初步分析沒(méi)有發(fā)現(xiàn)值得注意的東西。當(dāng)時(shí)仍是博士生的Yang曾為此咨詢她的導(dǎo)師。Humayun建議她把看待問(wèn)題的角度放大：與其比較不同地區(qū)的玄武巖，不如比較“富集”和“貧瘠”兩種玄武巖的差異。
于是，Yang迅速地重新處理數(shù)據(jù)，激動(dòng)地發(fā)現(xiàn)這些玄武巖組之間有明顯的差異。
“我當(dāng)時(shí)心想‘我能畢業(yè)了！’，可把我高興壞了。”Yang回憶到，因?yàn)樗窃撗芯空撐牡牡谝蛔髡摺?/p>
研究小組發(fā)現(xiàn)，所有取樣區(qū)域的富集玄武巖樣本中無(wú)一例外，硅鍺比例較低，這是前文所提到的“周游地幔”的那部分地殼的化學(xué)指紋，表明它們像大理石蛋糕里的巧克力一樣遍布整個(gè)地幔。可以說(shuō)，研究小組解開(kāi)了地殼消失的謎團(tuán)。
Humayun說(shuō)，這次研究吃了“只見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林”的虧。
他說(shuō)：“有時(shí)候，把自己埋進(jìn)數(shù)據(jù)堆里，便無(wú)法看到事物的全貌。當(dāng)你從中抽身，退一步觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)驚喜就在眼前。”
順藤摸瓜，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了更多秘密。基于全球洋中脊中富集玄武巖的量，該團(tuán)隊(duì)得以計(jì)算出有5~6%的地幔是由舊地殼形成的。或許，基于此，我們能獲悉腳下這座“地殼工廠”的歷史。已知地球以每年幾英寸的速度緩緩生產(chǎn)地殼，但是，這一過(guò)程真的是一成不變的嗎？
Humayun說(shuō)：“我們的分析表明，地殼形成的速度一直以來(lái)變化不大，這是所有人都沒(méi)有想到的。”
撰文：Caroline McNiel
來(lái)源：佛羅里達(dá)州立大學(xué)
(轉(zhuǎn)載自中國(guó)海洋網(wǎng))
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