地球的地幔如何像杰克逊·波洛克画作

在无数的小学科学教科书中，地球的地幔是黄色到橙色的渐变，是地壳和核心之间的模糊定义层。

对于地质学家来说，地幔远不止于此。这个区域生活在地壳的寒冷和岩心的高温之间。这是海床诞生和构造板块死亡的地方。

今天发表在《自然地球科学》上的一篇新论文将地幔描绘成一种更加复杂的图像，即地球化学上多样化的马赛克，与最终到达地表的相对均匀的熔岩大不相同。更重要的是，这种马赛克的副本隐藏在地壳深处。该研究由犹他大学地质学助理教授莎拉·兰伯特(Sarah Lambart)领导，并由欧盟的《地平线2020年研究与创新计划》和国家科学基金会资助。

“如果看杰克逊·波洛克(Jackson Pollock)的画，就会有很多不同的颜色，”兰伯特说。“那些颜色代表着不同的地幔成分，这些线是由这些成分产生的岩浆，并被运送到地表。您看一下黄线，它不会与红色或黑色混合太多。”

原始矿物

我们最好的进入地幔的方式是熔岩形式，该熔岩形式在大洋中脊喷出。这些山脊位于海床的中部，并产生新的洋壳。这种熔岩的样品表明，在地球上的任何地方，化学成分基本相同。

但这与地壳生命周期的另一端发生的事情是矛盾的。老洋壳从海洋中脊扩散开来，直到被推到大陆下面，然后沉入地幔中。此后发生的情况还不太清楚，但是如果地幔和旧地壳都融化了，岩浆的化学成分应该会有一些变化。

因此，兰巴特和她来自威尔士和荷兰的同事们试图在地幔在大洋中脊隆起之前发现地幔的样子。他们检查了钻穿大洋地壳的岩心，以查看累积的矿物：当岩浆进入地壳时，第一种矿物会结晶。

兰伯特说：“我们研究了这些矿物中最原始的部分。”他补充说，一旦找到了原始矿物，他们就只能分析最早形成的矿物的化学成分。“如果您实际上不是在看最原始的部分，则可能会失去已经传递到地壳的第一道融化的信号。这就是我们工作的独创性。”

他们一厘米一厘米地分析样品，观察钕和锶同位素的变化，这可能表明来自不同类型岩石的地幔物质的化学性质不同。兰伯特说：“如果您的累积量中有同位素变异性，那么这意味着地幔中也必须具有同位素变异性。”

当搅拌机打开时

这正是团队发现的。堆积物中的同位素变异量比中海脊熔岩中的同位素变异量大7倍。这意味着地幔远未充分混合，并且这种变化被保留在累积物中。

兰伯特说，可能的原因是不同的岩石在不同的温度下融化。第一个融化的岩石，例如旧的地壳，可以形成将岩浆运送到地壳的通道。融化另一种岩石也可以做到。最终结果是多个通道网络汇聚到大洋中脊，但没有混合-逐渐回味到杰克逊·波洛克画作上的油漆条纹。

为了弄清楚这个发现对地质学意味着什么，请描绘出冰沙。不-再往前看，想象一下装有水果，冰，牛奶和其他成分的搅拌玻璃水瓶。就像地幔一样-成分离散，就像草莓和蓝莓一样彼此不同。完全混合的冰沙就像是中洋脊熔岩。完全混合了。在地幔与大洋中脊之间的某个位置，地球打开了搅拌器。兰伯特说，她的结果表明，在地幔的顶部，还没有发生混合。事实证明，搅拌器要等到硬皮中的某个地方才能打开。

兰伯特的工作帮助她和其他地质学家重新定义了关于物质如何通过地幔向上移动到地表的想法。

她说：“问题是，我们需要找到一种模拟地球动力学地球(包括板块构造)的方法，以实际再现今天岩石中记录的东西。”“到目前为止，该链接丢失了。”

现在，兰伯特正在建立一个新的实验岩石学实验室，研究岩浆在穿过地幔和地壳的过程中保存其化学成分的条件。