地質(zhì)學(xué)家破紀(jì)錄地對地殼的鉆探揭示了地幔的秘密

就像蚊子鉆進皮膚，享受內(nèi)在豐富的盛宴一樣，地質(zhì)學(xué)家去年在地殼中挖了一根又長又窄的鉆頭，拔出了地質(zhì)學(xué)的寶庫。

結(jié)果是一個長圓柱體的巖石，稱為巖心樣本，測量破紀(jì)錄長 1,268 米（4,160 英尺）。這個圓柱體由火成巖組成，這些火成巖在被稱為蛇紋石化的過程中被海水化學(xué)改變，現(xiàn)在已經(jīng)被分析并揭示了它的秘密。

這條從海洋深處提取的地球皮膚線是一個信息庫，可以用來探測地球神秘的地幔，即將地殼與地核分開的固體火山巖層。

“我們發(fā)現(xiàn)了一段 1268 米長的蛇紋石化海洋地幔橄欖巖，”編寫一個團隊由英國卡迪夫大學(xué)的巖石學(xué)家和地球化學(xué)家約翰·利森伯格（Johan Lissenberg）領(lǐng)導(dǎo)。

“幾乎連續(xù)的恢復(fù)提供了一個機會，可以獲得上地幔的穩(wěn)健和定量的巖性、礦物學(xué)、結(jié)構(gòu)和蝕變清單。”

地球的地幔，對于我們這些地表爬行者來說，令人沮喪地遙不可及。在最薄的時候，地殼厚 6 公里（3.7 英里）。

我們確實擁有以下工具：向下鉆取相當(dāng)深從大陸表面——正如俄羅斯令人振奮的 12,262 米深的 Kola 鉆孔所證明的那樣——但大陸地殼厚了很多比海洋地殼。

我們也不太可能在短期內(nèi)從海底到達地幔，但海洋地殼是目前獲得使我們能夠研究它的樣本的最佳地點。在某些地方，構(gòu)造活動將地幔物質(zhì)攪動到地殼中，我們可以從那里獲取它。

但是，正如你所想象的那樣，在被火山活動加熱的構(gòu)造邊界上鉆一個深洞，說起來容易做起來難。之前的努力已經(jīng)產(chǎn)生了一個深度不超過 200.8 米的孔——在鉆探的材料中，只有 47% 被回收。

因此，利森伯格和他的同事們的工作非常特別。他們深入研究了大西洋下的一個地物，稱為亞特蘭蒂斯地塊，一座巨大的山體，距海底約 4,267 米。大西洋中脊，兩個構(gòu)造板塊之間的邊界。該地塊由地幔巖組成，稱為橄欖巖，被認(rèn)為是由地幔巖石在地殼中向上擠壓而形成的。

“最初的計劃是在200米左右鉆一個淺孔，”特拉華大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家Kuan-Yu Lin說去年說，在鉆探完成后。

“但令我們驚訝的是，這個洞越來越深，采收率極高，這在鉆探這些類型的巖石時是前所未有的?？茖W(xué)黨對我們所看到的情況感到震驚，同意改變計劃，繼續(xù)加深這個洞。

他們的洞名為U1601C洞，延伸了創(chuàng)紀(jì)錄的1,268米，研究人員提取的甚至更好。他們設(shè)法回收了高達71%的核心樣本。

該樣本與地塊本身一樣，由以下部分組成橄欖巖，一種粗?；鸪蓭r，幾乎完全由橄欖石和輝石.

當(dāng)海水被引入時，它與礦物質(zhì)的相遇會引起一種稱為蛇紋石化的反應(yīng)，將暴露的橄欖石和輝石轉(zhuǎn)化為蛇紋石礦物，產(chǎn)生可以被海底生命形式使用的碳?xì)浠衔?。但對地質(zhì)學(xué)家來說，結(jié)果是解釋巖石變得更加困難，就像試圖閱讀雨中留下的墨水一樣。

有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，他們的核心樣品已經(jīng)變得非常蛇紋石化，即使是變化最小的橄欖巖，在整個樣品長度上也發(fā)生了40%的轉(zhuǎn)化，這表明海水滲透率相當(dāng)高。盡管如此，主要的巖石成分比較淺的巖芯保存得更好，揭示了關(guān)于亞特蘭蒂斯地塊下方地幔的新信息。

研究人員發(fā)現(xiàn)輝石的含量比他們預(yù)期的要低得多，這可能是由于輝石在巖石被加熱時溶解。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)巖漿向上擠壓時，巖石從固體巖石中融化的運動與地幔上升流成斜角，這與熔體遷移模型。

最后，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種名為輝長巖.這些輝長巖侵入體附近的橄欖巖顯示出與暴露于熱液環(huán)境有關(guān)的強烈變化，這在巖心樣品的其他部分是看不到的，這表明輝長巖在迷人的失落之城熱液田賦予生命的熱液噴口的流體地球化學(xué)中發(fā)揮了意想不到的作用。

為了更好地了解塑造巖石的過程，我們將繼續(xù)進行研究，但迄今為止的研究表明，鉆孔有多么寶貴。

“在399探險期間獲得的全面巖石記錄為我們在理解海洋上地幔方面取得根本性進展提供了大量機會。研究人員寫道.

“鉆孔U1601C滲透到Lost City熱液田的地下，為研究海洋巖石圈中生命的極限和范圍提供了一個機會，并為未來對離軸熱液系統(tǒng)的地質(zhì)、化學(xué)和生物學(xué)實驗提供了一個潛在的平臺?！?/p>

該研究已發(fā)表在科學(xué).

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