海底火山玻璃使地質學家能夠估計地球內部的溫度

如果地球上的海洋被完全抽乾,它們將顯示出一條蜿蜒在地球上的巨大海底火山鏈。這個龐大的海底山脊系統是地球內部物質翻轉的產物,在那里,沸騰的溫度可以通過地殼融化和松動岩石,分裂海底並在數億年內重塑地球的表面。現在,麻省理工學院的地質學家已經分析了海脊噴發的數千個樣本,並追溯其化學歷史以估計地球內部的溫度。

海底火山玻璃使地質學家能夠估計地球內部的溫度

他們的分析表明,地球海脊的溫度相對穩定,大約為1350攝氏度–大約與燃氣灶的藍色火焰一樣熱。然而,沿著海脊有一些 “熱點”,可以達到1600攝氏度,與最熱的熔岩相當。

該小組的研究結果已發表在《地球物理學研究雜誌:固體地球物理學》上,提供了一個海脊周圍地球內部的溫度圖。有了這張地圖,科學家們可以更好地理解產生海底火山的熔化過程,以及這些過程如何隨著時間的推移推動板塊構造的步伐。

“對流和板塊構造一直是塑造地球歷史的重要過程,”主要作者Stephanie Brown Krein說,她是麻省理工學院地球、大氣和行星科學系(EAPS)的博士後。”了解這整個鏈條上的溫度是理解作為熱引擎的地球的基礎,以及地球如何可能與其他行星不同並能夠維持生命。”

Krein的共同作者包括EAPS的研究生Zachary Molitor和麻省理工學院R.R. Schrock地質學教授Timothy Grove。

地球的內部溫度在數億年來塑造地球表面的過程中發揮了關鍵作用。但是一直沒有辦法直接讀取地表下幾十到幾百公里的這個溫度。科學家們已經應用間接手段來推斷上地幔的溫度–地球上僅次於地殼的那一層。但是迄今為止的估計是不確定的,而且科學家們對地表下的溫度變化有多大意見不一。

在他們的新研究中,Krein和她的同事開發了一種新的算法,稱為ReversePetrogen,旨在追溯岩石的化學歷史,以確定其最初的元素組成並確定岩石最初在地表下融化的溫度。

該算法是基於Grove實驗室進行的多年實驗,以重現和描述地球內部的熔化過程。實驗室的研究人員加熱了不同成分的岩石,達到不同的溫度和壓力,以觀察其化學演變。從這些實驗中,研究小組已經能夠推導出方程–以及最終的新算法–來預測岩石的溫度、壓力和化學成分之間的關系。

Krein和她的同事將他們的新算法應用於沿著地球海脊收集的岩石–一個長度超過70,000公里的海底火山系統。海脊是構造板塊被來自地球地幔的物質噴發分開的區域–這一過程是由潛在的溫度驅動的。

Krein說:「你可以有效地製作一個整個地球內部溫度的模型,部分地基於這些海脊的溫度。問題是,數據真正告訴了我們關於沿整個系統的地幔的溫度變化是什麼?」

該小組分析的數據包括幾十年來由多個研究船沿海脊系統的長度收集的13500多個樣本。數據集中的每個樣本都是噴發的火山玻璃–在海洋中噴發的熔岩,被周圍的水瞬間冷卻成原始的、保存的形式。

科學家們先前確定了數據集中每個火山玻璃的化學成分。Krein和她的同事通過他們的算法對每個樣本的化學成分進行分析,以確定每個玻璃最初在地幔中融化的溫度。

通過這種方式,該小組能夠沿著海脊系統的整個長度生成一張地幔溫度圖。從這張地圖上,他們觀察到,大部分地幔是相對均勻的,平均溫度約為1350攝氏度。然而,有一些 “熱點”,或沿著海脊的區域,地幔中的溫度顯得明顯更熱,大約為1600攝氏度。

“人們認為熱點是地幔中更熱的區域,那里的物質可能融化得更多,並可能上升得更快,而我們並不確切地知道為什麼,或者它們有多熱,或者在熱點的成分的作用是什麼,”Krein說。”其中一些熱點在海脊上,現在我們可能通過這種新技術了解到全球范圍內的熱點變化情況。這告訴我們一些關於現在地球溫度的基本情況,現在我們可以思考它是如何隨時間變化的。”

Krein補充說。”了解這些動態將幫助我們更好地確定大陸是如何在地球上生長和進化的,以及俯沖和板塊構造是何時開始的–這對於復雜的生命來說是至關重要的。”

來源:cnBeta