地球碳循环深及下地幔有了直接证据

2011-9-19 10:29 来源: 中国科学院
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  科学家曾推测,碳循环可能深入到地球的内部,但一直没有证据支持这一观点。据美国物理学家组织网9月15日报道,最近,美国卡内基研究院的研究人员对来自地表以下700公里深处地幔层的钻石进行了分析,发现其包含的杂质成分与海洋底壳一致,为碳循环深及地表以下数百公里提供了第一个直接证据。论文发表在9月15日的《科学快递》网络版上。

  该研究由前卡内基研究院博士后、英国布里斯托尔大学教授迈克尔·沃特领导。他们对6块来自巴西捷那地区的钻石中的包裹体进行分析后发现,其所含物质最初是一种单一的矿物结晶,形成于地表435英里(700公里)以下,随后在地幔中以羽流形式携运上升,随着金伯利岩喷发到地表,再次结晶到多种矿物中。

  包裹体是夹杂在钻石中的杂质。对宝石学家来说是杂质,但对地质学家而言就像琥珀中的昆虫,能揭示地球深处的秘密。地幔厚度从地表以下10公里到2900公里是地球中最厚的一层,人类几乎无法触及。大部分钻石都是包含在地球深处的岩石中,但很少超过200公里。然而研究人员也发现,有少量深层钻石位于上下地幔对流的地方和二者的过渡带。在上地幔和过渡带的钻石包裹体中,其成分和表层岩石相同,但迄今未发现下地幔钻石有这种迹象。

  研究小组对钻石中的碳原子进行了分析,发现其中4个钻石都含有少量的碳-13,这种情况在下地幔是不可能出现的,和起源于地球表面的大洋底壳一致,表明其起源于海洋底壳层,随后运动到下地幔。该发现也是第一个洋底板块沉积下降到下幔层的直接证据,洋底板块中包含的碳也会在地表和地下几百英里处循环。

  论文合著者、卡内基研究院的斯蒂芬·雪利说:“通常情况,来自玄武岩(由地表火山熔岩冷却形成)中的碳原子和来自下地幔的碳不同,我们分析了钻石碳原子中碳同位素的变化,其中含有较少碳-13,这和转换海洋底壳中发现的有机成分更相似。这一发现令人震惊,我们通过最少量的矿物质揭示出了地幔层的大规模运动。”