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

相關研究成果于北京時間7月26日在線發(fā)表在國際學術期刊《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。中國科學技術大學 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圈層。在地球地質(zhì)歷史中，上、下地幔的物質(zhì)交換會影響元素在地殼和地幔中的分配，對于理解類地行星的動力學和熱演化十分重要。

鄧正賓同丹麥哥本哈根大學以及多個國際研究機構的合作者，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。

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

利用新的分析方法，鄧正賓等人首先對24件球粒隕石樣品的鈦同位素進行了標定，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。在此基礎上，對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。結合已有大陸地殼生長模型，可推測目前地幔中的鈦穩(wěn)定同位素組成的變化很可能反映。對比結果反映了現(xiàn)代地球內(nèi)部原始地幔儲庫仍存在，但在逐步被瓦解。

該工作基于同位素分析技術方法的突破，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間的變化，發(fā)現(xiàn)地球地幔的運轉(zhuǎn)模式不是一成不變的：即現(xiàn)代深俯沖板片可以進入下地幔以及接近全地幔對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力學特征。

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。中國科學技術大學 供圖

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

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