科學家從地球深處的地幔中發(fā)現(xiàn)了火山形成的新方式

在遠低于百慕大的粉紅色沙灘和綠松石潮汐的地方，地質(zhì)學家發(fā)現(xiàn)了第一個直接證據(jù)，表明來自地球地幔過渡帶深處的物質(zhì)-富含水，晶體和熔融巖石的層-可以滲透到地表形成火山。

科學家們早就知道，火山巖是在構造板塊(在地幔頂部移動)匯聚時形成的，或者是由于地幔柱從核心地幔邊界升起而在地殼上形成熱點而形成的。但是，獲得證據(jù)表明，從地幔過渡區(qū)(在我們的地球地殼下方250至400英里(440-660公里)之間)散發(fā)出來的物質(zhì)會導致火山形成，這對地質(zhì)學家來說是新的。

地球系副教授埃斯特萬·加澤爾(Esteban Gazel)說：“我們發(fā)現(xiàn)了一種新的火山制造方法。這是我們首次在地球地幔深處的過渡帶中清楚地表明火山可以以這種方式形成。”康奈爾大學大氣科學專業(yè)。該研究發(fā)表在《自然》雜志上。

加澤爾說：“我們希望我們的數(shù)據(jù)能顯示出火山是地幔柱形成的，是從更深的地幔向上涌出的，就像在夏威夷一樣。” 但是在三千萬年前，過渡帶的擾動導致巖漿物質(zhì)上升到地表，在大西洋下形成了現(xiàn)在休眠的火山，然后形成了百慕大。

使用2600英尺(超過700米)的巖心樣本(1972年在新斯科舍省的達爾豪西大學(Dalhousie University)進行鉆探)，共同作者，德國明斯特大學的Sarah Mazza評估了同位素的橫截面，微量元素，水含量和其他揮發(fā)性物質(zhì)的證據(jù)。評估提供了百慕大的地質(zhì)，火山歷史。

“我首先懷疑百慕大的火山歷史很特別，因為我對巖心進行了采樣，并注意到在不同的熔巖流中保存的各種質(zhì)地和礦物學，”馬扎說。“我們很快證實了痕量元素組成的極端豐富。令人驚訝的是我們的第一個結果……百慕大的奧秘開始顯現(xiàn)。”

該小組從巖心樣品中檢測到過渡帶的地球化學特征，其中包括包裹在晶體中的水量大于俯沖帶中發(fā)現(xiàn)的水量。俯沖帶中的水循環(huán)回地球表面。據(jù)加澤爾說，過渡區(qū)有足夠的水形成至少三個海洋，但正是這些水幫助巖石在過渡區(qū)融化。

地質(zhì)學家與錫拉丘茲大學(Syracuse University)地球科學副教授羅伯特·穆沙(Robert Moucha)一起開發(fā)了數(shù)值模型，以發(fā)現(xiàn)過渡帶中的擾動，這可能迫使深層地幔中的物質(zhì)融化并滲透到地表。

盡管在海洋熔巖中進行了超過50年的同位素測量，但以前從未在百慕大熔巖核中觀測到奇特和極端同位素。然而，這些極端的同位素組成使科學家能夠確定熔巖的獨特來源。

南卡羅來納大學副教授邁克爾·比西米斯(Michael Bizimis)說：“如果我們開始更加謹慎地看待，我相信我們將會在更多地方找到這些地球化學特征。”

加澤爾解釋說，這項研究為過渡帶層和地球表面的火山之間提供了新的聯(lián)系。加澤爾說：“通過這項工作，我們可以證明地球的過渡帶是一種極端的化學儲藏庫。” “我們現(xiàn)在才剛剛開始認識到它在全球地球動力學甚至火山作用方面的重要性。”

加澤爾說：“我們的下一步是檢查更多位置，以確定可能導致板內(nèi)火山的地質(zhì)過程之間的差異，并確定地幔過渡帶在地球演化中的作用。”

除了Gazel，Mazza，Bizimis和Moucha之外，“在百慕大下面對易揮發(fā)的富人過渡區(qū)進行采樣”的合著者還包括南卡羅來納大學的PaulBéguelin。詹姆斯·麥迪遜大學伊麗莎白·約翰遜;Ryan J. McAleer，美國地質(zhì)調(diào)查局;俄羅斯科學院亞歷山大·索伯列夫(Alexander V. Sobolev)。

國家科學基金會為這項研究提供了資金。