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科學探索：消失的地殼去哪兒了？
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科學探索：消失的地殼去哪兒了？
圖片來源：Phys.org
科學家們分析了數百個沿著全球各地洋中脊采集的樣本，這些樣本包含不同數量的古代海洋地殼。這些地殼經曆過完整的誕生與消亡過程，它們在“貧瘠”（Depleted）部分中的比重比“正常”（Normal）少，而在“富集”（Enriched）部分的比重較大。
山川江河，飛鳥走獸，一切的繁榮都離不開這顆星球最上層的堅硬外殼——承載萬物的地殼。
然而，對於這層硬殼之下發生的事，我們仍然知之甚少。例如，回到地球內部消亡了的那部分地殼經曆了什麽？如今，佛羅裏達州立大學國家高磁場實驗室（MagLab）的地球化學團隊帶來一些十分重要的線索，或許能令我們一窺那些岩石被“藏進”地下的過程。
這些新鮮出爐的證據表明：盡管絕大多數地殼都是相對“年輕”的，卻也有一小部分非常古老的岩塊——那些曾深入地幔，後來又上浮至淺層的“老前輩”們。基於這些經曆過“地幔之旅”的地殼的量，他們還發現：地球自45億年前形成以來就一直在不停地製造地殼——這與當前盛行的理論相矛盾。這項研究成果已發表於《科學·進展》（Science Advances）。
“就像鮭魚遊回它們的產卵地一樣，一些海洋中的地殼也會返回海底火山脊——它們誕生的地方。”佛羅裏達州立大學地球、海洋和大氣科學係（EOAS）的Munir Humayun教授說道，他是高磁場實驗室的一位地球化學家，也是本研究的共同作者。“我們使用全新技術來展現這個不斷循環過程，同時，那些返回的地殼沿著火山脊不均勻地分布。”
和Humayun同一團隊的還有該論文的第一作者——MagLab的博士後研究員Shuying Yang，以及MagLab地球化學團隊主管兼EOAS主席Vincent Salters。
海底火山脊沿線的構造板塊之間有裂縫，其附近的地幔岩石融化產生玄武岩，也就是新生的海洋地殼。舊的海洋地殼受到新生部分的擠壓，從火山脊向大陸緩緩移動，最終到達“俯衝帶”，地殼被“塞進”另一板塊之下，重新回到地球內部，整個過程就像一個超大型傳送帶。
那些俯衝後的地殼被熾熱高壓的地幔所淹沒，然後呢？這也是長久以來科學家們競相推理的事。那些地殼可能沉入更深的地幔，或者隨著地幔柱重回表麵，或者在地幔裏“打轉”，如同大理石蛋糕裏的巧克力。其中有些最終上升，重新融化在洋中脊中，形成新的岩石，開始下一趟曆時百萬年的海底之旅。
本次研究的新證據進一步支持了“大理石蛋糕”理論。
一塊大理石蛋糕。圖片來源：cakewhiz
科學家們已經掌握了支持該理論的線索：洋中脊有一部分所謂“富集玄武岩”，其中某些元素的占比很高，極有可能是從地幔滲出的熔融物（後來形成玄武岩）。而這些元素含量水平較低的玄武岩則被稱為“貧瘠玄武岩”。
為了進一步揭示消失地殼的奧秘，研究小組從30個洋脊區收集了500個玄武岩樣本，並對樣本進行化學分析，結果表明：其中有些是“富集”的，有些是“貧瘠”的，還有一些介於兩者之間。
早些時候該團隊發現，相比地幔岩石中出現的新生玄武岩，在熔融的地殼中，鍺相對於矽的含量要低很多。於是，他們以該比例作為俯衝地殼的“化學指紋”，將其發展成一種辨別技術。
他們設計了一種精確的方法，使用MagLab的質譜儀來測量該比例，並對這些數據進行處理，觀察這些比例在30個采樣地區之間的差異，希望從觀察到的差異中揭示樣本的起源。
初步分析沒有發現值得注意的東西。當時仍是博士生的Yang曾為此谘詢她的導師。Humayun建議她把看待問題的角度放大：與其比較不同地區的玄武岩，不如比較“富集”和“貧瘠”兩種玄武岩的差異。
於是，Yang迅速地重新處理數據，激動地發現這些玄武岩組之間有明顯的差異。
“我當時心想‘我能畢業了！’，可把我高興壞了。”Yang回憶到，因為她是該研究論文的第一作者。
圖片來源：維基百科
研究小組發現，所有取樣區域的富集玄武岩樣本中無一例外，鍺相對於矽的含量較低，這是前文所提到的“周遊地幔”的那部分地殼的化學指紋，表明它們像大理石蛋糕裏的巧克力一樣遍布整個地幔。可以說，研究小組解開了地殼消失的謎團。
Humayun說，這次研究吃了“隻見樹木不見森林”的虧。
他說：“有時候，把自己埋進數據堆裏，便無法看到事物的全貌。當你從中抽身，退一步觀察，會發現驚喜就在眼前。”
順藤摸瓜，科學家們還發現了更多秘密。基於全球洋中脊中富集玄武岩的量，該團隊得以計算出有5%~6%的地幔是由舊地殼形成的。或許，基於此，我們能獲悉腳下這座“地殼工廠”的曆史。已知地球以每年幾英寸的速度緩緩生產地殼，但是，這一過程真的是一成不變的嗎？
Humayun說：“我們的分析表明，地殼形成的速度一直以來變化不大，這是所有人都沒有想到的。”
撰文：Caroline McNiel
來源：佛羅裏達州立大學
翻譯：姬翔
審校：趙歡
原文鏈接：https://phys.org/news/2020-06-geochemists-mystery-earth-crust.html
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圖片來源：Phys.org
科學家們分析了數百個沿著全球各地洋中脊采集的樣本，這些樣本包含不同數量的古代海洋地殼。這些地殼經曆過完整的誕生與消亡過程，它們在“貧瘠”（Depleted）部分中的比重比“正常”（Normal）少，而在“富集”（Enriched）部分的比重較大。
山川江河，飛鳥走獸，一切的繁榮都離不開這顆星球最上層的堅硬外殼——承載萬物的地殼。
然而，對於這層硬殼之下發生的事，我們仍然知之甚少。例如，回到地球內部消亡了的那部分地殼經曆了什麽？如今，佛羅裏達州立大學國家高磁場實驗室（MagLab）的地球化學團隊帶來一些十分重要的線索，或許能令我們一窺那些岩石被“藏進”地下的過程。
這些新鮮出爐的證據表明：盡管絕大多數地殼都是相對“年輕”的，卻也有一小部分非常古老的岩塊——那些曾深入地幔，後來又上浮至淺層的“老前輩”們。基於這些經曆過“地幔之旅”的地殼的量，他們還發現：地球自45億年前形成以來就一直在不停地製造地殼——這與當前盛行的理論相矛盾。這項研究成果已發表於《科學·進展》（Science Advances）。
“就像鮭魚遊回它們的產卵地一樣，一些海洋中的地殼也會返回海底火山脊——它們誕生的地方。”佛羅裏達州立大學地球、海洋和大氣科學係（EOAS）的Munir Humayun教授說道，他是高磁場實驗室的一位地球化學家，也是本研究的共同作者。“我們使用全新技術來展現這個不斷循環過程，同時，那些返回的地殼沿著火山脊不均勻地分布。”
和Humayun同一團隊的還有該論文的第一作者——MagLab的博士後研究員Shuying Yang，以及MagLab地球化學團隊主管兼EOAS主席Vincent Salters。
海底火山脊沿線的構造板塊之間有裂縫，其附近的地幔岩石融化產生玄武岩，也就是新生的海洋地殼。舊的海洋地殼受到新生部分的擠壓，從火山脊向大陸緩緩移動，最終到達“俯衝帶”，地殼被“塞進”另一板塊之下，重新回到地球內部，整個過程就像一個超大型傳送帶。
那些俯衝後的地殼被熾熱高壓的地幔所淹沒，然後呢？這也是長久以來科學家們競相推理的事。那些地殼可能沉入更深的地幔，或者隨著地幔柱重回表麵，或者在地幔裏“打轉”，如同大理石蛋糕裏的巧克力。其中有些最終上升，重新融化在洋中脊中，形成新的岩石，開始下一趟曆時百萬年的海底之旅。
本次研究的新證據進一步支持了“大理石蛋糕”理論。
一塊大理石蛋糕。圖片來源：cakewhiz
科學家們已經掌握了支持該理論的線索：洋中脊有一部分所謂“富集玄武岩”，其中某些元素的占比很高，極有可能是從地幔滲出的熔融物（後來形成玄武岩）。而這些元素含量水平較低的玄武岩則被稱為“貧瘠玄武岩”。
為了進一步揭示消失地殼的奧秘，研究小組從30個洋脊區收集了500個玄武岩樣本，並對樣本進行化學分析，結果表明：其中有些是“富集”的，有些是“貧瘠”的，還有一些介於兩者之間。
早些時候該團隊發現，相比地幔岩石中出現的新生玄武岩，在熔融的地殼中，鍺相對於矽的含量要低很多。於是，他們以該比例作為俯衝地殼的“化學指紋”，將其發展成一種辨別技術。
他們設計了一種精確的方法，使用MagLab的質譜儀來測量該比例，並對這些數據進行處理，觀察這些比例在30個采樣地區之間的差異，希望從觀察到的差異中揭示樣本的起源。
初步分析沒有發現值得注意的東西。當時仍是博士生的Yang曾為此谘詢她的導師。Humayun建議她把看待問題的角度放大：與其比較不同地區的玄武岩，不如比較“富集”和“貧瘠”兩種玄武岩的差異。
於是，Yang迅速地重新處理數據，激動地發現這些玄武岩組之間有明顯的差異。
“我當時心想‘我能畢業了！’，可把我高興壞了。”Yang回憶到，因為她是該研究論文的第一作者。
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研究小組發現，所有取樣區域的富集玄武岩樣本中無一例外，鍺相對於矽的含量較低，這是前文所提到的“周遊地幔”的那部分地殼的化學指紋，表明它們像大理石蛋糕裏的巧克力一樣遍布整個地幔。可以說，研究小組解開了地殼消失的謎團。
Humayun說，這次研究吃了“隻見樹木不見森林”的虧。
他說：“有時候，把自己埋進數據堆裏，便無法看到事物的全貌。當你從中抽身，退一步觀察，會發現驚喜就在眼前。”
順藤摸瓜，科學家們還發現了更多秘密。基於全球洋中脊中富集玄武岩的量，該團隊得以計算出有5%~6%的地幔是由舊地殼形成的。或許，基於此，我們能獲悉腳下這座“地殼工廠”的曆史。已知地球以每年幾英寸的速度緩緩生產地殼，但是，這一過程真的是一成不變的嗎？
Humayun說：“我們的分析表明，地殼形成的速度一直以來變化不大，這是所有人都沒有想到的。”
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