中外学者合作揭示地球地幔运转模式的演变

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中新网合肥7月27日电 (记者 吴兰)记者27日从中国科学技术大学获悉，该校地球和空间科学学院邓正宾特任教授与多位国际学者合作，成功揭示地球地幔运转模式——呈阶段性的演变，现代板块构造体制下接近全地幔对流的模式只是地球演化近期的过渡状态。

相关研究成果于北京时间7月26日在线发表在国际学术期刊《自然》(Nature)杂志上。

球粒陨石、古老地幔来演火成岩、现代大洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩的钛稳定同位素组成。中国科学技术大学 供图

地球自外向内主要分为地壳、地幔和地核；其中地幔在660公里处存在地震波速的不连续界面，将地幔分为上地幔和下地幔两个圈层。在地球地质历史中，上、下地幔的物质交换会影响元素在地壳和地幔中的分配，对于理解类地行星的动力学和热演化十分重要。

邓正宾同丹麦哥本哈根大学以及多个国际研究机构的合作者，采用最新一代多接收等离子体质谱仪开发超高精度钛稳定同位素分析方法，改进和优化样品处理流程和数据处理方法，将已有钛稳定同位素分析方法的分析精度提高了3倍至4倍，以用来限定自然样品中微小的分馏信号。

大陆地壳生长模型和地球地幔来源火成岩的钛稳定同位素组成随时间的演化。中国科学技术大学 供图

利用新的分析方法，邓正宾等人首先对24件球粒陨石样品的钛同位素进行了标定，确定全硅酸盐地球的钛稳定同位素组成和现在的上地幔存在显著差别。在此基础上，对比研究了全球从太古代到元古代(38亿年-20亿年以前)的地幔来源火成岩以及现代洋岛玄武岩样品。结合已有大陆地壳生长模型，可推测目前地幔中的钛稳定同位素组成的变化很可能反映。对比结果反映了现代地球内部原始地幔储库仍存在，但在逐步被瓦解。

该工作基于同位素分析技术方法的突破，综合研究了地球地幔来源火成岩在地质历史中同位素记录随着时间的变化，发现地球地幔的运转模式不是一成不变的：即现代深俯冲板片可以进入下地幔以及接近全地幔对流的格局只是地球演化近期的过渡状态，不完全代表地球早期的动力学特征。

现代洋岛玄武岩和大洋中脊玄武岩的钛稳定同位素和锶同位素组成。中国科学技术大学 供图

该工作弥合了地球化学和地球物理对地球内部过程约束的矛盾；在此基础上，急需对地球地质历史中地幔物质交换模式及其演化具体控制机制的开展更多研究，才能更好认识类地行星的地质和宜居性演化。

论文第一和通讯作者为中国科学技术大学邓正宾特任教授，合作者来自中国科学技术大学、丹麦哥本哈根大学、美国加州大学圣巴巴拉分校、英国卡迪夫大学、瑞士苏黎世联邦理工和法国巴黎地球物理学院。(完)