地核“漏”了嗎？火山岩提供最有力證據

來源：中國科學報

一項5月21日發表於《自然》的研究挑戰了教科書上關於地球結構的傳統觀點，即緻密金屬地核內的物質只會停留在原地。科學家對美國夏威夷火山島岩石的分析首次提供了最有力證據，表明地核物質正在向外“泄漏”，並被熱岩漿柱一路推至地表。

“這些數據將成爲地球化學界重新思考地幔和地球歷史的重要依據。”美國伍茲霍爾海洋研究所的地球化學家Forrest Horton表示。

此前關於某些同位素相對丰度的研究暗示一些火山岩含有來自地核的物質。在加拿大巴芬島的一些岩石中，氦-3含量比常見的氦-4高得多，並且鎢和氫同位素的比例也異常。這些特徵表明，它們可能源自地表以下約2900公里處發生的物質交換，那裡是主要由鐵和鎳構成的地核與岩石地幔的交界處。

但論文作者之一、德國哥廷根大學的地球化學家Matthias Willbold指出，這些早期的同位素線索“並非確鑿無疑”。“氦和氫並不是地核的特定元素，它們也可能是地幔的一部分。”

爲了尋找更有說服力的證據，Willbold與合作者將研究重點轉向釕—— 一種已知富集在地核中類似鉑的稀有金屬。他們測量了夏威夷岩石樣本中原子量爲100、101和102的釕原子的相對含量。

Willbold表示，這裡是尋找可能源自地幔最深處的岩石的理想地點，因爲夏威夷羣島是由一個“熱點”產生的，那裡的岩漿被認爲源自地幔最深處，並穿透地殼噴發而出。

爲獲得準確數據，論文通訊作者、哥廷根大學的地球化學家Nils Messling改進了從岩石樣本中提取微量釕的技術，然後利用質譜儀進行分析。“預期差異是如此之小，以至於此前的分析方法無法捕捉到這種信號。”

研究團隊發現，這裡的釕同位素特徵與在地殼其他區域觀察到的特徵存在顯著差異。這一結果與人們對地球地質歷史的預期一致。地核形成於40多億年前，而地幔和地殼則包含大量後來被隕石撞擊產生的物質。這意味着這些不同區域具有獨特的同位素濃度，這可以從地核與地幔、地殼間的差異上反映出來。

Willbold表示，這一結果還證明，攜帶物質至地表的岩漿柱“必定始於地核-地幔邊界”。Horton認爲，這些證據雖然具有說服力，但現在完全排除其他解釋爲時過早。進一步的證據可能來自對其他火山熱點樣本的研究。（王方）