地幔最深岩石样本揭晓

一次突破性的大西洋海底岩石钻探之旅让科学家们得以最好地了解地球在地壳下的样子。

研究人员从地幔（构成地球 80% 以上的厚内层）穿透海底的区域收集了近乎完整的 1,268 米长的绿色大理石状岩石样本。排练将于8月8日进行科学这些描述为导致地壳形成的过程提供了前所未有的见解。

“我们脑子里有这样的故事”，讲述这些岩石应该是什么样子，但当“你在桌子上看到它”时，情况就完全不同了，日本横滨海洋地球科学技术机构的岩石学家阿部夏江说。

英国南安普顿大学海洋地质学家罗莎琳德·科贡表示，这次探险的成就是一个“了不起的里程碑”。 “海洋钻探提供了从地球深处获取样本的唯一途径，这对于了解我们星球的形成和演化至关重要。”

地球的海洋地幔（主要在地球海洋下方而非大陆下方发现的地壳类型）主要由致密的火山岩（称为玄武岩）组成。它比大陆地壳更薄、更年轻，因为岩石通过构造板块的运动不断循环。

当岩浆沿着洋中脊穿过海底裂缝向上推时，玄武岩就形成了。岩浆本身来自地幔部分熔化的过程，主要由半透明、绿色、富含镁的矿物质组成。当物质在地幔中上升时，其上方的压力下降，导致其中一些矿物质熔化并在岩石晶体之间形成岩浆微观薄膜。

通常只有岩浆喷发到海底。但在某些地方，地幔岩石也会到达地表，与海水接触，发生称为蛇纹石化的反应。这改变了岩石的结构 - 使其具有大理石般的外观 - 并释放出各种物质，包括氢。

易于钻孔

2023 年 5 月访问过乔迪斯决议发生这种情况的地方：一座名为亚特兰蒂斯地块的水下山脉，位于大西洋中洋脊以西。这艘长143米的船配备了一台62米高的起重机，用于水下钻井。

船上的研究人员决定 失落之城 钻探地点位于地块南侧。该地区的特点是热液喷口，极端微生物在其中利用逸出的氢气。

英国卡迪夫大学的岩石学家 Johan Lissenberg 表示：“我们只计划钻探 200 米，因为这是人类曾经钻探地幔岩石的最深位置。”但钻孔过程出人意料地简单，而且比平常快三倍，并且钻出长而完整的岩石圆柱体，称为岩心。 “所以我们决定继续前进，”利森伯格说。直到探险队按计划结束后，队伍才停下来。

研究人员现已发表了他们的第一个结果。 “我们所报道的实际上就是你在船上可以做的事情。一个由 30 名科学家组成的团队在两个月的时间里夜以继日地研究岩心，一寸一寸地记录它们是如何出现的。”

利森伯格说，当科学家详细检查岩石的结构时，他们注意到“倾斜特征”，这是岩浆如何从地幔分离并成为地壳一部分的流行理论的典型特征。特拉华大学纽瓦克分校的地球化学家杰西卡·沃伦表示，地幔岩石还散布在地核中的其他类型的岩石，这表明地幔-地壳边界并不像地震数据通常显示的那么清晰。她说，这些结果“对于我们如何理解海洋构造板块的形成至关重要”。

不确定的未来

这次旅行为他四十年的职业生涯画上了圆满的句号乔迪斯决议，美国国家科学基金会（NSF）从一家私人公司租用的。但 NSF 宣布，在履行 IODP 义务后，它无法再承担每年 7200 万美元的船舶运营成本，该计划将被终止。南安普顿大学海洋地质学家阿莱德·埃文斯表示，这使得一些科学家，尤其是那些处于职业生涯早期的科学家对该领域的未来感到不确定。

地球科学家面临的一个“巨大挑战”是钻穿玄武岩层并穿越壳幔边界——称为莫霍洛维奇不连续面或“莫霍面”。这将使他们能够接触到未与海水发生反应的原始地幔岩石。 “我们还没有钻到真正的地幔，”阿部说。失落之城的钻探出人意料地顺利，这对日本科考船未来的尝试来说是个好兆头地球她补充道，这是可以实现的。 “地幔岩石是我们整个星球上最常见的部分，”埃文斯说。 “对它们进行采样对于了解我们的星球是由什么构成的至关重要。”