地球的核有一个气体泄漏

与传统智慧相反，物质能逃逸地球的中心。

HARD SCIENCE — DECEMBER 12, 2023

Marcia Bjornerud

Tim Foster / Unsplash

在早期地球的湍流锻造中，密度是命运。来自小行星撞击和放射性衰变的热将一团被引力一起把持的原始瓦砾变成了一团一个沸腾的熔融圆球体。在这种狂热的状态中，构成地球的物质分隔成不同的层，最致密的物质下沉了，形成一个铁镍核，而更轻的硅酸盐物质上升来形成岩石地幔。

长期以来，地质学家一直假设了这些层是永久的，没有任何物理物质可以跨地球的核和地幔之间的古老边界。发表在《自然》杂志上的一篇新论文挑战这一观点，提供自行星 “向上”进入地幔形成以来核可能泄漏储存在那里的气体并且这些气体能经由火山岩到达地球的表面找到它们的路的证据。

虽然它刚好在我们脚下20英里处开始并构成地球体积的80%以上，但地球的地幔是一个狂野未标出的地方。我们最深的钻孔从未到达了地幔，关于它的构成和翻腾运动的推论来自间接来源，像地震产生的地震波隆隆作响穿过它揭示它是坚固的，尽管慵懒流动的岩石。其他线索来自玄武岩熔岩的化学，高温岩浆当它们喷发时有一个接近番茄酱的粘度。这些熔岩被地幔的部分融化产生并通过地壳它的最上层是薄的地方的喷口和火山喷发，主要在海洋中。

在1960年代，在板块构造理论------这解释全球的火山和地震活动模式------浮现后不久地质学家注意到来自冰岛等地释放的被称为洋中脊玄武岩或MORBS玄武岩熔岩对那些来自像夏威夷等地叫热点的玄武岩熔岩的化学成分中的细微差异。洋中脊玄武岩位于沿水下火山脊上，而热点是来自从中热岩浆升起孤立的柱的地球地幔区域中，在上覆的地壳上形成火山。

特别是，冰岛型洋中脊玄武岩的化学性质提示这些熔岩起源于一个浅地幔源。相比之下，夏威夷型热点玄武岩的化学性质提示它们来自一个更深的地幔来源。尽管地幔通过对流------被冷岩石下沉和热岩石上升密度驱动的过程------搅动它自身，但许多地球科学家相信上地幔和下地幔隔开的搅动，仅经由从深处升起的热点羽流或岩浆柱混合在一起。在这种观点中，“原始”物质的口袋------未被融化的或其他地质过程诸如潜没改变，这些过程循环地球的地壳的部分------甚至在 45 亿年后也可能在地幔的更深处坚持。

这种上地幔在化学上与下地幔分明的想法通常已经被惰性气体如氦气和氖气的研究支持，这些惰性气体被困在玄武岩的矿物晶体中。特别是，科学家们已经观察了两种氦同位素 4He和 3He的浓度。虽然 4He 在岩石和大气层中都更丰富，但远更罕见的 3He通常被理解是来自世界之初的气体。在之前的研究中，研究人员已经发现上地壳洋中脊玄武岩典型的有更多的 4He，而原始热点玄武岩有更多的 3He。

然而，这项新研究改写这种地幔及其氦气预算的整洁观望。研究人员发现了来自加拿大北极群岛巴芬岛的玄武岩虽然被相关到热点，但有洋中脊玄武岩一样的化学性质，  还有比以前测量的任何方法都更高的3He /4He 比率， 事实上，比任何承诺的原始地幔值都更高。虽然研究人员承认可能有不止一种方法来解释这种意想不到的组合，但最简单的场景是洋中脊玄武岩型海洋地壳沉入地幔的底部，在那里它被注入来自核渗出的原始 3He。然后，其中一些混合的物质做出了长的攀登到巴芬岛。

这是一种激进的地球的地幔和地核是开放的而不是封闭的新观点，在那里来自地壳的岩石可能通过地幔与来自地核的物质混合，然后以它们的到地心旅行的消息返回地表。

本文article 最初出现在Nautilus,  一本适合好奇读者的科学和文化杂志。注册Nautilus newsletter。

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