长期以来，科学家们一直认为，火山爆发和板块碰撞等地球内部变化主要影响地表环境。大约 6600 万年前的大灭绝以及冰室气候和温室气候之间的过渡等事件被认为主要是由这些地球深部过程驱动的。现在，发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的一项新研究揭示了一个令人惊讶的新方面：太阳辐射也会影响地球内部深处。
太阳对地球内部深处的影响。资料来源：梁建聪
太阳辐射对海洋生物和俯冲的影响
太阳辐射随纬度而变化，在海面上形成温度梯度，影响海洋生物的分布。大洋板块的俯冲作用将这些富含碳的生物带入地球内部。中国科学院地质与地球物理研究所的研究人员发现，这一过程极大地影响了弧岩浆的氧化还原状态。
橄榄石寄生熔融包裹体。资料来源：Yadong Wu
了解弧岩浆中的氧化还原状态
弧岩浆的"氧化还原"状态是指在火山弧形成的岩浆中还原（失去氧气或获得电子）和氧化（获得氧气或失去电子）条件之间的平衡。海洋生物作为有机碳，是固体地球的主要还原剂。因此，火山弧岩浆的氧化还原状态可以反映太阳的影响如何深入地球内部。
研究人员收集了成千上万的岩浆样本，以揭示全球氧化还原状态的变化，这种变化对于寻找铜、锡和锂等金属矿石（可再生能源技术的关键元素）至关重要。这些样本为了解地表气候与地球深部过程之间的相互作用提供了重要的线索。
弧岩浆的钒和钪含量是地球化学模型的关键指标。通过汇编新生代弧岩浆和橄榄石包裹体的全球地球化学数据，研究人员发现弧岩浆的氧化还原分布与纬度有关，低纬度地区的氧化岩浆比高纬度地区少。
一名地质学家在青藏高原的野外采集岩浆样本。图片来源：Fangyang Hu
"以前的研究主要是比较同一经度地区的样本，如北半球的美国和热带地区的墨西哥，没有发现明显的差异。然而，我们来自不同纬度的样本却显示出不同的氧化还原反应，这激起了我们的好奇心。为了解释这些差异，我们发现了这一意想不到的模式，"该研究的共同作者、地质学家万博分享了他进行这项研究的动机。"这种意想不到的模式表明，地表气候对地球深部有直接影响。这也表明，地球表面环境和气候对地球深部有着至关重要的影响。"
那么，太阳是如何作用于地球内部的呢？
海底研究提供了进一步的证据，显示低纬度地区有更多的还原碳沉积。这些碳与硫相互作用形成硫化物，然后被输送到地幔，从而形成了所观察到的氧化还原模式。
该研究的通讯作者胡方洋说："观测到的模式表明地表环境与地球深部的氧化还原状态之间存在密切联系，为探索不同纬度俯冲系统的资源和环境影响提供了新的方向。"
虽然研究结果令人信服，但研究人员承认需要从全球海洋和俯冲沉积物中获得更广泛的数据。这项研究为科学探索开辟了新途径。
编译自/ScitechDaily
DOI: 10.1038/s41467-024-50337-6