研究人员发现了远古大气变化与地球地幔化学之间的联系

微小的矿物包裹体首次展示了大气中氧气的积累并改变了地幔的成分。图片来源：Hugo Moreira / Nature Geoscience

研究小组对古代俯冲带形成的岩浆进行了研究，在俯冲带，地壳的一部分沉回地幔，来自地球历史上的一个关键时刻--大氧化事件（GOE）。据估计，这一事件发生在 21 亿至 24 亿年前，当时地球大气中的氧气含量迅速增加，改变了地球上的生命和环境。然而，关于大气变化如何在地幔上留下印记的研究却很少。

显示大气条件变化的图表。资料来源：雨果-莫雷拉博士

构造过程与地球地幔

这项发表在《自然-地球科学》（Nature Geoscience）杂志上的新研究考察了板块构造在大气、地球表面和深层地幔之间元素循环和交换过程中的作用。到目前为止，了解这些相互作用的可靠方法还很难找到。

通过研究全球环境变化前后的岩浆，研究小组发现了从还原岩浆到氧化岩浆的转变。这是来自山脉的氧化沉积物在风化和侵蚀过程中转化为沉积物，然后通过俯冲过程再循环到地幔的深俯冲结果--揭示了沉积物再循环如何为大气提供了进入地幔的通道。

还原磷灰石包裹体。资料来源：雨果-莫雷拉博士

发现的意义

这一发现意味着，这些"一缕缕"的氧气可能改变了地幔，促进了钙碱性岩浆的氧化，改变了大陆地壳的成分，并导致了地球上矿床的形成。

主要作者、蒙彼利埃大学的雨果-莫雷拉博士（Hugo Moreira）和朴茨茅斯大学的客座研究员说："有了这些发现，我们对地球远古'呼吸'的理解向前迈进了一大步。它不仅为地球的地质演变提供了至关重要的见解，还揭示了地球深部及其地幔是如何与大气变化紧密联系在一起的。它让我们更好地理解了地球外部和内部储层之间的关系。"

"此外，它还提出了一个引人入胜的问题，即氧气在塑造我们星球的历史和为我们所知的生命铺平道路的条件方面所发挥的作用"。

氧化磷灰石包裹体。资料来源：雨果-莫雷拉博士

研究方法

研究小组利用法国欧洲同步辐射设施的 ID21 光束线，分析了巴西米涅罗带 20 亿年前的锆石晶体中发现的矿物的硫状态。他们发现，在大洋环流之前结晶的岩浆中的矿物的硫状态有所降低。然而，在 GOE 之后，这些矿物变得更加氧化。

欧洲同步辐射设施。资料来源：欧洲同步辐射设施

结论

莫雷拉博士说："简单地说，地幔氧富集度是衡量氧推动岩浆中化学反应能力的指标，对于了解火山活动和矿石形成至关重要。然而，在过去，我们缺乏一种可靠的方法来跟踪这一参数在地球历史远古时期的变化--直到现在。

"它为了解地球外部和内部储层之间的关系提供了一个强有力的工具。硫分和岩浆絮凝度是动态参数，在岩浆从形成到结晶的整个过程中都会发生变化。虽然我们的研究考虑了压力和温度等因素，但还需要进一步分析，以追踪从岩浆生成到最终结晶的完整'富集路径'"。

共同作者、朴茨茅斯大学地质学教授克雷格-斯托里（Craig Storey）教授说："我们的研究开辟了令人兴奋的新研究途径，让我们更深入地了解地球的远古时代及其与大气层发展之间的深刻联系。它挑战我们思考岩浆类型随时间演变的问题，以及板块构造和大气循环之间错综复杂的相互作用。"

莫雷拉博士补充说："当我们继续探索地球地质历史的奥秘时，有一点是肯定的--地表下还有更多的东西等待我们去发现。"