破纪录的岩芯样本,揭示地球深处的秘密

作者: Takeko

来源: 原理

发布日期: 2024-08-14 20:31:08

国际大洋发现计划(IODP)的第399次考察中,一组国际团队在大西洋中脊区域采集了一份长达1268米的地幔岩芯,创下了长度纪录,揭示了地幔的构成和其他地质方面。研究还发现了熔岩通过地幔输送的通道,为了解火山和岩浆以及地幔之间的关联提供了重要线索。

想象一下,你有一把大刀能把地球切开,你会发现地球分成了不同的层。最上层是我们居住的相对较薄的地壳,下面则是厚达约2900千米的地幔层,被地幔包裹的是地球最内层的金属核心。地球切面示意图。但由于地幔被至少数千米厚的地壳覆盖着,一般很难进行钻探研究。唯一的例外是,地壳在断层处会形成裂缝,让地幔有机会在这些位置暴露出来。

国际大洋发现计划的名为“生命的基石,亚特兰蒂斯山块”的第399次考察,于2023年春发现了1268米几乎连续的地幔岩石。在国际大洋发现计划(IODP)的第399次考察中,一组国际团队搭乘乔迪斯·决心号(JOIDES Resolution)科考船,在大西洋中脊区域采集了一份长达1268米的地幔岩芯。

这份样本的长度超过了先前采集的海洋橄榄岩岩芯的6倍,它不仅创下了长度纪录,还让科学家得以窥探地幔的构成和其他地质方面。研究已发表在《科学》上。海洋下的地壳洋壳,也就是海洋之下的地壳,往往比大陆上的地壳薄得多,也年轻得多,这是因为岩石会在构造板块运动中不断循环。洋壳大多由致密的玄武岩构成。这种岩石是由下方岩浆沿着洋中脊从海底裂缝涌出时形成的。而岩浆则来自地幔的部分熔融过程。

通常,只有岩浆会喷发到海底。但在某些地方,地幔岩石同样会被带到表面,与海水发生一种叫做蛇纹石化的反应。这会改变岩石的结构,让它们呈现出一种类似大理石的外观,并释放包括氢在内的各种物质。这种蛇纹石化过程产生的碳氢化合物对海底生物至关重要。“失落之城”去年年中,乔迪斯·决心号就发现了一处具有蛇纹岩的地点,位于大西洋洋中脊以西的亚特兰蒂斯山块(Atlantis Massif)海底山脉。

在这里,洋脊以平均每年2厘米的速度缓慢扩张。暴露的地幔岩石会与循环的海水发生反应,产生了独特的橄榄岩水热系统。团队选择了一片被称为“失落之城”的区域附近进行钻探。原本的计划大约只会钻200米深,但出乎意料的是,钻探过程异常轻松,速度也更快,最终他们得到了超过1200米的钻孔U1601C。研究介绍了这份岩芯样本的初步分析。平均而言,岩芯中的蛇纹石化程度非常高。

40%的原始地幔矿物与海水发生了反应,转变成了蛇纹岩。还有一个出乎意料的发现是,与全球深海橄榄岩相比,斜方辉石(一种富含镁的硅酸盐矿物)的量很低,单斜辉石(主要含钙的硅酸盐)的含量也极低。岩芯中的地幔岩石夹杂着其他种类的岩石,这说明,幔-壳边界并不像地震数据显示的那样分明。

研究还发现了熔岩通过地幔输送的通道,让科学家得以追踪岩浆形成并上升后到达表面的过程,并了解火山(特别是海底火山)和岩浆以及地幔之间的关联。此外,钻取的岩芯也为了解失落之城的岩基提供了最佳机会。它可以说是一个巨大的天然实验室,可用来研究发生在这种水热系统中的各种反应。这可能对生命起源的探索非常重要。未来的挑战这次采集的岩芯将被储存在德国IODP储存库中。接下来,所有希望研究它的科学家都可以进行采样。

而科考船上收集的所有数据也会完全公开。地球科学家认为,严格来说,我们还没能钻进真正的地幔。未来一个巨大的挑战是钻穿玄武岩层,穿越地壳和地幔之间的边界,也就是所谓的莫霍界面。这样就能获得没有和海水发生反应的原始地幔岩石。

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