中新網(wǎng)合肥7月27日電 (記者 吳蘭)記者27日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校地球和空間科學(xué)學(xué)院鄧正賓特任教授與多位國際學(xué)者合作，成功揭示地球地幔運(yùn)轉(zhuǎn)模式——呈階段性的演變，現(xiàn)代板塊構(gòu)造體制下接近全地幔對(duì)流的模式只是地球演化近期的過渡狀態(tài)。

相關(guān)研究成果于北京時(shí)間7月26日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)雜志上。

球粒隕石、古老地幔來演火成巖、現(xiàn)代大洋中脊玄武巖和洋島玄武巖的鈦穩(wěn)定同位素組成。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 供圖

地球自外向內(nèi)主要分為地殼、地幔和地核；其中地幔在660公里處存在地震波速的不連續(xù)界面，將地幔分為上地幔和下地幔兩個(gè)圈層。在地球地質(zhì)歷史中，上、下地幔的物質(zhì)交換會(huì)影響元素在地殼和地幔中的分配，對(duì)于理解類地行星的動(dòng)力學(xué)和熱演化十分重要。

鄧正賓同丹麥哥本哈根大學(xué)以及多個(gè)國際研究機(jī)構(gòu)的合作者，采用最新一代多接收等離子體質(zhì)譜儀開發(fā)超高精度鈦穩(wěn)定同位素分析方法，改進(jìn)和優(yōu)化樣品處理流程和數(shù)據(jù)處理方法，將已有鈦穩(wěn)定同位素分析方法的分析精度提高了3倍至4倍，以用來限定自然樣品中微小的分餾信號(hào)。

大陸地殼生長模型和地球地幔來源火成巖的鈦穩(wěn)定同位素組成隨時(shí)間的演化。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 供圖

利用新的分析方法，鄧正賓等人首先對(duì)24件球粒隕石樣品的鈦同位素進(jìn)行了標(biāo)定，確定全硅酸鹽地球的鈦穩(wěn)定同位素組成和現(xiàn)在的上地幔存在顯著差別。在此基礎(chǔ)上，對(duì)比研究了全球從太古代到元古代(38億年-20億年以前)的地幔來源火成巖以及現(xiàn)代洋島玄武巖樣品。結(jié)合已有大陸地殼生長模型，可推測(cè)目前地幔中的鈦穩(wěn)定同位素組成的變化很可能反映。對(duì)比結(jié)果反映了現(xiàn)代地球內(nèi)部原始地幔儲(chǔ)庫仍存在，但在逐步被瓦解。

該工作基于同位素分析技術(shù)方法的突破，綜合研究了地球地幔來源火成巖在地質(zhì)歷史中同位素記錄隨著時(shí)間的變化，發(fā)現(xiàn)地球地幔的運(yùn)轉(zhuǎn)模式不是一成不變的：即現(xiàn)代深俯沖板片可以進(jìn)入下地幔以及接近全地幔對(duì)流的格局只是地球演化近期的過渡狀態(tài)，不完全代表地球早期的動(dòng)力學(xué)特征。

現(xiàn)代洋島玄武巖和大洋中脊玄武巖的鈦穩(wěn)定同位素和鍶同位素組成。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 供圖

該工作彌合了地球化學(xué)和地球物理對(duì)地球內(nèi)部過程約束的矛盾；在此基礎(chǔ)上，急需對(duì)地球地質(zhì)歷史中地幔物質(zhì)交換模式及其演化具體控制機(jī)制的開展更多研究，才能更好認(rèn)識(shí)類地行星的地質(zhì)和宜居性演化。

論文第一和通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)鄧正賓特任教授，合作者來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、丹麥哥本哈根大學(xué)、美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校、英國卡迪夫大學(xué)、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工和法國巴黎地球物理學(xué)院。(完)