撰稿：白小白，編輯：徐德文
我們知道，地殼和地幔之間通過板塊運(yùn)動(dòng)不斷交換物質(zhì)，板塊俯沖進(jìn)入地幔，地幔物質(zhì)又通過火山回到地表；在廣袤無際的大海底部，地殼就更年輕了，來自地幔的巖漿通過中洋脊涌出，推動(dòng)地殼快速回到地幔里——通常不會(huì)超過2億年，新的海底地殼就會(huì)輪回到暗無天日的地幔里自怨自艾。那么，地球深處地地幔和地核之間又有沒有物質(zhì)交換呢？
數(shù)十年來科學(xué)家們對(duì)此一直爭論不休。由于地核遠(yuǎn)在2900公里的地球深處，科學(xué)家們不方便，更主要是依靠目前的技術(shù)，還沒能耐派出什么探測器抵達(dá)這個(gè)深度一探地核的秘密，所以無論是普通人還是科學(xué)家，雖然對(duì)地核都充滿無以言表的向往，卻一直不得入門之法而深感惆悵。
不過最近，來自卡爾頓大學(xué)地球科學(xué)系的一項(xiàng)新研究，卻找到了巧妙探測地核與地幔是否存在物質(zhì)交換的辦法。研究表明，在過去的25億年里，我們的地球內(nèi)核一直在向外泄漏物質(zhì)，這些物質(zhì)確實(shí)通過某種機(jī)制轉(zhuǎn)移到了地幔底部，進(jìn)而到達(dá)地表。
當(dāng)然，科學(xué)家們并沒有采用簡單粗暴的方式，向地下打孔以直抵地核，這既不現(xiàn)實(shí)也不科學(xué)，甚至算作科幻都很勉強(qiáng)，估計(jì)連張飛李逵魯智深也不屑為之?？栴D大學(xué)的哈尼卡·里佐（H.Rizo）博士，以及她的研究團(tuán)隊(duì)以地球內(nèi)部的金屬元素鎢（W）作為突破口，揭開了地核與地幔悄悄傳送物質(zhì)的秘密。
我們知道，地核的成分主要是鐵鎳，以及溶解在其中的鎢、鉑、金等元素。其中鎢的兩種同位素182W和184W，科學(xué)家們認(rèn)為可以用作示蹤劑來跟蹤地核成分的移動(dòng)。因?yàn)樵谠嫉厍蚍之惓傻睾撕偷蒯５臅r(shí)候，親鐵元素鎢一心投奔了地核，而親巖元素鉿則留在地幔中。由于鉿的同位素182Hf會(huì)衰變成182W，而其半衰期僅890萬年，這就意味著經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，地幔中的182Hf會(huì)全部衰變成182W，導(dǎo)致地幔中W182的含量顯著升高。
科學(xué)家們可以通過比較地幔中W182和W184的比例來確定是否有地核物質(zhì)泄漏到了地幔中：如果沒有交換，地幔中的W182/W184同位素比例不會(huì)發(fā)生變化；如果有交換，則地核中的W182和W184來到地幔中后，會(huì)導(dǎo)致W182/W184的比值減小。那么到哪里去尋找W182/W184的比值數(shù)據(jù)呢？
這就是本文開頭提到的火山運(yùn)動(dòng)，科學(xué)家們利用印度洋西部留尼汪島、南部凱爾蓋朗群島的火山巖，夏威夷的玄武巖以及西澳大利亞皮爾巴拉克拉通的太古宙巖石，對(duì)來自地球不同歷史時(shí)期地幔物質(zhì)中的W182/W184比值進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，從地球誕生后43億年到27億年前，很少甚至根本沒有物質(zhì)從地核滲透到地幔；而在之后的25億年里，地幔的鎢同位素比例卻發(fā)生了明顯的變化。研究人員推斷，大約在26億年前的太古宙末期，由于地球板塊運(yùn)動(dòng)而觸發(fā)了地幔中的對(duì)流，導(dǎo)致鎢從地核泄漏到了地幔里。
那么這些鎢元素是如何泄漏出來的呢？研究發(fā)現(xiàn)，地幔柱從地核與地幔的邊界升起，地球表面的巖石則在板塊俯沖作用下進(jìn)入地幔，這個(gè)過程像是一個(gè)蹺蹺板，地表的富氧物質(zhì)會(huì)被帶入地幔深層，導(dǎo)致地核與地幔邊界處氧氣濃度增加，迫使鎢從地核中分離出來進(jìn)入地幔之中；或者，地球內(nèi)核的固化也會(huì)增加外核的氧濃度，讓鎢從外核中泄露出去，這樣的情況或許可以告訴我們更多地核演變的信息，甚至揭開地球磁場何時(shí)形成的秘密。
這項(xiàng)研究發(fā)表在上月的《Geochemical Perspectives Letters》期刊上。
聯(lián)系客服
