佛羅里達(dá)州立大學(xué)地球，海洋和大氣科學(xué)系的地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)了地球上地幔中富含碳的熔融巖石如何影響地震波的運(yùn)動(dòng)。

這項(xiàng)新研究是由EOAS地質(zhì)學(xué)副教授Mainak Mookherjee和博士后研究員Suraj Bajgain共同撰寫(xiě)的。這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

穆克吉說(shuō)：“這項(xiàng)研究非常重要，因?yàn)樘际切行且司有缘年P(guān)鍵組成部分，我們正在大步了解固體地球如何在存儲(chǔ)和影響地球表面碳的可利用性方面發(fā)揮作用。” 。“我們的研究使我們對(duì)這些巖石的彈性，密度和可壓縮性及其在地球碳循環(huán)中的作用有了更好的理解。”

碳是生命的主要組成部分之一，廣泛分布在地球的上地幔中，大部分以碳酸鹽礦物的形式存儲(chǔ)，作為地幔巖石中的輔助礦物。當(dāng)富含碳酸鹽的巖漿在表面噴發(fā)時(shí)，其獨(dú)特的泥狀外觀便引人注目。這些類(lèi)型的噴發(fā)發(fā)生在世界各地的特定位置，例如坦桑尼亞的Ol Doinyo Lengai火山。

專(zhuān)家認(rèn)為，巖石中碳酸鹽的存在會(huì)大大降低碳酸鹽融化的溫度。通過(guò)稱(chēng)為俯沖的過(guò)程沉入地球內(nèi)部的碳酸鹽可能導(dǎo)致地球上地幔巖石的這種低度融化，這在行星的深層碳循環(huán)中起著重要作用。

穆克吉說(shuō)：“地球的地幔在增加的深度處具有較少的游離氧。” “隨著地幔對(duì)流過(guò)程中地幔上升，在較深的深度處被還原或氧氣較少的緩慢運(yùn)動(dòng)的巖石在較淺的深度處逐漸被氧化。地幔中的碳很可能在較深的深度被還原。地幔上升時(shí)，地球被氧化。”

這種與深度有關(guān)的氧化態(tài)的變化可能會(huì)導(dǎo)致地幔巖石融化，這一過(guò)程稱(chēng)為氧化還原融化，可能會(huì)產(chǎn)生富含碳的熔融巖石，也稱(chēng)為熔體。他說(shuō)，這些熔體可能會(huì)影響巖石的物理性質(zhì)，可以使用諸如地震波之類(lèi)的地球物理探針進(jìn)行檢測(cè)。

在進(jìn)行這項(xiàng)研究之前，地質(zhì)學(xué)家對(duì)這些碳酸鹽誘導(dǎo)的部分熔體的彈性性質(zhì)了解甚少，這使其很難直接檢測(cè)出來(lái)。

地質(zhì)學(xué)家用來(lái)更好地理解其科學(xué)的一組線索是地震波在穿過(guò)地球各層時(shí)的測(cè)量。一種稱(chēng)為壓縮波的地震波要快于另一種稱(chēng)為剪切波的地震波，但在距地球約180至330公里的深度處，它們的速度之比甚至比典型的還要高。

Mookherjee說(shuō)：“壓縮波與剪切波之比的升高是一個(gè)難題，利用我們的研究結(jié)果，我們能夠解釋這一令人困惑的觀察結(jié)果。”

研究人員解釋說(shuō)，少量的富含碳的熔體(約占0.05%)可能遍及地球深處的上地幔，這可能導(dǎo)致壓縮聲速與剪切聲速之比升高。

為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，研究人員對(duì)碳酸鹽礦物白云巖的巖心進(jìn)行了高壓超聲測(cè)量和密度測(cè)量。這些實(shí)驗(yàn)輔以理論模擬，以提供對(duì)碳酸鹽熔體基本物理性質(zhì)的新理解。

Bajgain說(shuō)：“我們一直在試圖了解水性流體的彈性和傳輸特性，硅酸鹽熔體和金屬熔體的特性，以便更好地了解深層固體土中存儲(chǔ)的揮發(fā)物的質(zhì)量。”

這些發(fā)現(xiàn)意味著，地幔中部分熔融的巖石可以容納多達(dá)百萬(wàn)分之八十至一百四十的碳，這在上地幔深部區(qū)域?qū)槎寥Я偃f(wàn)吉比特的碳，使其成為一個(gè)重要的碳儲(chǔ)庫(kù)。相比之下，地球大氣中的碳含量剛好超過(guò)410 ppm，即約870吉噸。