科技日报记者 吴长锋
记者27日从中国科学技术大学获悉，该校地球和空间科学学院邓正宾特任教授与多位国际学者合作，成功揭示了地球地幔的运转模式是呈阶段性演变的，现代板块构造体制下接近全地幔对流的模式只是地球演化近期的过渡状态。相关研究成果在线发表在国际学术期刊《自然》杂志上。
地球自外向内主要分为地壳、地幔和地核，其中地幔在660公里处存在地震波速的不连续界面，将地幔分为上地幔和下地幔两个圈层。上、下地幔的物质交换会影响元素在地壳和地幔中的分配，对于理解类地行星的动力学和热演化十分重要。在地壳熔融过程中，钛稳定同位素体系存在显著分馏，是用来示踪地壳-地幔的物质交换的良好工具，通过钛稳定同位素研究可以得到地球形成以来相对完整的地壳-地幔物质交换记录，为长期争论的地幔内部物质交换问题带来新的约束。
研究人员采用最新一代多接收等离子体质谱仪开发超高精度钛稳定同位素分析方法，首先对24件球粒陨石样品的钛同位素进行了标定，确定全硅酸盐地球的钛稳定同位素组成和现在的上地幔存在显著差别。结果发现，早太古代（38亿年-35亿年）的样品和球粒陨石的钛稳定同位素组成一致；在35亿年到27亿年之间地球地幔来源火成岩样品的同位素组成随着时间逐渐变轻，直到与现代普通型大洋中脊玄武岩接近；而现代洋岛玄武岩的钛稳定同位素组成与大洋中脊玄武岩存在差别，更接近全硅酸盐地球的组成特征。
结合已有大陆地壳生长模型，可推测目前地幔中的钛稳定同位素组成的变化很可能反映：地球太古代上、下地幔的物质交流处于受限的状态；而该格局在现代已被打破，体现在现代洋岛玄武岩的钛稳定同位素组成存在较大范围。
这项研究弥合了地球化学和地球物理对地球内部过程约束的矛盾。研究人员表示，在此基础上，急需对地球地质历史中地幔物质交换模式及其演化具体控制机制的开展更多研究，才能更好认识类地行星的地质和宜居性演化。
（中国科大供图）
