研究称地幔中的神秘“斑点”并不像我们想象的那样

新的研究发现，世界各地热点喷发的熔岩似乎来自类似的祖先岩浆。

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新的研究发现，世界各地的熔岩可能来自地球中层深处的同一个岩浆祖先。

研究表明，岩浆产生的深层地幔比科学家想象的更均匀。地幔可能更像是混合的冰沙，而不是像炖菜一样的岩石成分混合物——充分混合且始终相似。

“它告诉我们，地幔可能比我们想象的要简单得多，”不列颠哥伦比亚大学的地球科学家马蒂斯·斯密特 (Matthijs Smit) 说。

斯密特说，在深部地幔内部观察到的结构可能不是不同类型岩石的迹象，而是同一类型岩石的温度差异。

这项研究检查了热点熔岩，这些熔岩来自从地幔深处向上翻滚并在地球表面火山喷发的羽流。萨摩亚、夏威夷和冰岛都是热点地区。全球热点喷发的熔岩的微量元素各不相同，科学家传统上将其解释为地幔有许多不同岩石的不同储层，这些岩石不会混合或混合缓慢，保罗·塔克利（Paul Tackley）说，他是一位地球物理学家。苏黎世联邦理工学院未参与这项研究。但地幔的大型计算机模型表明，地球的这一层可能确实有效地混合。如果是这样的话，那么岩浆可能在下地幔中都是一样的，并在穿过上地幔时发生分化。

“我们有一百种汤，”斯密特告诉《生活科学》。 “我们是用 100 种不同的汤块制作它们，还是实际上用同一种汤块制作 100 种不同的汤？”

虽然无法直接观察下地幔，但热点熔岩确实具有化学特征，可以提示其历史。斯密特和他的同事研究了熔岩中镍、铌和铬三种元素的浓度。当熔体上升并在到达表面的过程中发生变化时，这些元素的行为有所不同：镍往往会融入晶体中，因此随着熔体经历更多的变化，熔体的液体部分的镍浓度越来越低。铬在不同的时间线上做同样的事情，而铌则倾向于留在液体中。通过观察这些不同元素的比例，研究人员可以判断哪些熔岩相对于原始来源经历了最大的变化，哪些更接近祖先的地幔岩浆。

在世界各地的热点熔岩中，研究小组看到了这些元素的相同趋势，以及变化最小的熔岩成分的主要相似之处。结果表明，世界各地的熔岩各不相同，并不是因为它们来自不同的岩浆，而是因为它们在穿过上地幔和地壳的不同岩石时发生了变化。

“所有热点熔岩都指向相同的起始成分，”斯密特说。

科学家们对于深部地幔的成分仍然存在分歧。核幔边界附近有一些奇怪的结构，称为大型低剪切速度省（LLVP），地震波在其中移动异常缓慢。一些科学家认为，这些结构可能是远古太空岩石的残余物，在地球形成后不久就撞击地球，或者它们可能是来自地球远古地壳的物质，被推入深处通过俯冲构造板块。

LLVP与上升的地幔柱有关，最终产生热点熔岩，因此这项新研究可能表明所有这些解释都过于复杂。相反，他说，这些奇怪的结构可能与地幔的其他部分具有相同的成分。那么，唯一的区别就是这些区域的温度。

“趋势表明，是汤的成分不同，而不是汤汤。这对我们看待地幔的方式来说是一个根本性的改变，”斯密特说。他补充说，这些成分——熔岩上升时穿过的所有不同岩石——仍然很重要，因为它们解释了很多关于地壳和地幔如何相互作用的信息。但现在不需要对地幔的某些部分如何在数十亿年的时间里保持原状进行复杂的解释。

斯密特说：“我们终于摆脱了这样一种观念，即自地球诞生以来，地幔内部就存在着未混合的区域。”