Каков химический состав недр Земли? Поскольку невозможно пробурить землю более чем на десять километров вглубь, такую информацию часто предоставляют вулканические породы, образовавшиеся в результате плавления недр Земли. Геохимики из университетов Мюнстера (Германия) и Амстердама (Нидерланды) исследовали вулканические породы, слагающие португальскую группу Азорских островов. Их цель: собрать новую информацию об эволюции состава мантии Земли, которая представляет собой слой примерно между 30 и 2 900 километрами в глубине Земли. Используя сложные аналитические методы, они обнаружили, что состав мантии под Азорскими островами отличается от того, что считалось ранее, предполагая, что большие ее части содержат на удивление мало так называемых несовместимых элементов. Это химические элементы, которые в результате постоянного плавления земной мантии накапливаются в земной коре, которая является самым внешним твердым слоем Земли.
Исследователи пришли к выводу, что за всю историю Земли расплавилось большее количество земной мантии и, в конечном итоге, образовалась земная кора, чем считалось ранее. «Чтобы поддерживать материальный баланс между земной мантией и корой, потоки массы между поверхностью и недрами Земли должны были происходить с большей скоростью», - говорит профессор Мюнстерского университета Андреас Штраке, возглавляющий исследование.
Поскольку материал под Азорскими островами поднимается из очень глубоких слоев мантии Земли и неожиданно похож на большую часть ее верхней части, состав всей мантии Земли может отличаться от нынешних представлений. «Наши результаты открыли новую перспективу, - говорит Андреас Штраке, - потому что теперь нам придется переоценить состав самой большой части Земли - в конце концов, на мантию Земли приходится более 80 процентов объема Земли». Исследование было опубликовано в журнале Nature Geoscience.
Предыстория и метод
В своем исследовании геохимики исследовали минерал оливин и его расплавные включения, то есть магму, инкапсулированную во время кристаллизации оливина до извержения лав. Исследователи выделили эти расплавные включения размером всего в несколько микрометров, химически растворили их и выделили определенные химические элементы. Эти элементы изменяются в результате радиоактивного распада в течение своей жизни и при подъеме из недр Земли, путешествуя на тысячи километров в течение сотен или даже тысяч миллионов лет.
Исследователи проанализировали изотопный состав расплавов с помощью высокочувствительных масс-спектрометров. Такие методы позволяют измерять относительное содержание различных атомов в элементе - так называемых изотопов. «Благодаря высокой эффективности наших измерений мы смогли проанализировать изотопный состав одной миллиардной доли грамма элемента», - говорит соавтор доктор Феликс Генске из Института минералогии Мюнстерского университета, который провел большую часть исследований. аналитической работы. Таким образом, исследователи косвенно получили информацию о составе вещества мантии Земли: изотопный анализ показал, что оно содержит гораздо меньше редкоземельных элементов, таких как самарий и неодим, но также и химически сходных элементов, таких как торий и уран.
«На основании сходных геохимических данных по вулканическим породам из разных регионов, например, с Гавайев, другие части мантии Земли также могут содержать более высокую долю материала, сильно обедненного несовместимыми элементами», - говорит Андреас Штраке. Исследователи предполагают, что этот глобальный дефицит может быть компенсирован более высокой скоростью переработки несовместимой богатой элементами коры Земли обратно в мантию Земли. Своими продолжающимися исследованиями исследователи хотят подтвердить свою рабочую гипотезу, исследуя образцы с других вулканических островов по всему миру.