Исследователи из Йельского университета разработали новую теорию, объясняющую геохимию «горячих точек» — шлейфов магмы из глубин Земли, которые извергаются на поверхность.
Гавайи и Исландия являются популярными туристическими точками, и, как оказалось, они также популярны среди геохимических путешественников.
Новое исследование Йельского университета предполагает, что на протяжении всей истории Земли естественные процессы направляли измеримые геохимические сигналы из глубины металлического ядра Земли вверх через ее толстый средний слой и вплоть до поверхности, появляясь в так называемых «горячих точках» магмы.
Новая теория может ответить на давние вопросы о природе этих горячих точек, которые помогают создавать одни из самых красивых мест на Земле.
Горячие точки, представляющие собой шлейфы магмы, которые выходят из глубины Земли и извергаются на поверхность, помогли сформировать большие вулканические острова , такие как Гавайи и Исландия.
«Горячие точки магмы являются домом для некоторых из самых уникальных геохимических явлений, обнаруженных на поверхности Земли», — сказала Эми Феррик, ведущий автор нового исследования в журнале Proceedings of the National Academy of Science . Она является аспирантом факультета наук о Земле и планетах Йельского университета и членом лаборатории Джуна Коренаги, профессора наук о Земле и планетах на факультете искусств и наук Йельского университета.
«Откуда берутся горячие точки и что делает горячие точки магмы такими уникальными, до конца не изучено, но изучение их геохимии может дать нам подсказки», — сказал Феррик.
Одна из этих подсказок связана с изотопами вольфрама и гелия, обнаруженными в кристаллизованной магме в этих горячих точках. Изотопы — это два или более типов атомов с одинаковым атомным номером, но разным количеством нейтронов.
В горячих точках магмы соотношение изотопов вольфрама и гелия несовместимо с их соотношением в каменистом среднем слое Земли, известном как мантия. Скорее, соотношения согласуются с изотопами, обнаруженными намного глубже — в металлическом ядре планеты, богатом вольфрамом.
Традиционно научное сообщество объясняло эти отношения изотопов , особенно соотношение изотопов гелия, предполагая, что некоторые породы из среднего слоя Земли просто никогда не подвергались воздействию поверхности, где гелий и другие газы улетучиваются в атмосферу.
Но есть проблема с этим понятием, отметили Феррик и Коренага: процессы конвекции мантии Земли настолько интенсивны — и особенно в первые годы существования Земли, когда она была более горячей и частично расплавленной, — что крайне маловероятно, что гелий мог попасть в резервуары. возникающие в мантии.
Для нового исследования Феррик и Коренага разработали компьютерную модель, показывающую, как изотопы вольфрама и гелия могут перемещаться из центра Земли. Они утверждают, что изотопная диффузия, движение атомов внутри материала в зависимости от температуры и размера перемещаемых частиц, может создать что-то вроде шоссе горячих точек .
«Сначала я думал, что диффузия может быть слишком медленной, чтобы быть эффективной, поэтому я был удивлен, когда Эми показала, что этого процесса более чем достаточно для объяснения аномального состава вольфрама и гелия в базальтах океанических островов», — сказал Коренага.
Исследование имеет далеко идущие последствия для понимания условий ранней Земли, таких как размеры магматических океанов. Это также может помочь ученым понять эволюцию областей внутри Земли, которые были скрыты от глаз в течение миллиардов лет.
