大陆是从哪里来的?

去年夏天在他的空闲时间,赖斯大学的地球科学家明汤的习惯比较铌含量不同的岩石在全球矿产资源数据库。他发现值得跳过几个晚上和朋友们出去玩。

在本月发表的一篇论文,自然通信、唐、大米岩石学家Cin-Ty李和他的同事们提供了一个解决地球科学的一个基本问题:大陆从哪里?

“如果我们的结论是正确的,每一块土地,我们现在坐在像安第斯山脉或西藏的地方开始的,有非常多山的表面,”唐说,该研究的第一作者和一个博士后研究助理在水稻的地球,环境和行星科学(保留)。“今天,大多数地方是平的,因为是大陆地壳的稳定阶段。但我们发现,当地壳形成时,它已经开始与造山过程。”

铌之间的联系,一个地球的稀有元素,和大陆的形成是一个故事,在数十亿年尺度小分子和一样大山脉。领先的球员是铌和钽,稀有金属所以相似,地质学家们常常认为他们是双胞胎。

“他们有非常相似的化学性质和行为在大多数地质过程几乎相同,”唐说。“如果你测量钽和铌,你会发现他们在地幔的比率几乎是常数。这意味着当你找到更多的铌在一块岩石上,你会发现更多的钽,当你找不到铌,你会发现钽少。”

地幔地球的厚层,包括约1800英里的地球的核心和其薄外地壳。地球科学家相信,如果有的话,地幔和地核之间移动,但上面的地幔和一切——海底、海洋、陆地和大气相连,和许多原子今天在地球表面,包括人类和其他生物的原子,骑在地幔地球46亿年的一次或多次。

大陆的岩石是一个例外。地质学家发现了一些40亿岁,这就意味着他们附近形成表面,待表面上,没有被回收到地幔。这是部分原因是大陆地壳的本质,它密度远低于玄武岩岩石在地球上的海洋。李教授和燃灯系主任说,这不是巧合,地球是唯一已知岩石行星两大洲和生活。

“每天我们都生活在大陆,我们把我们的大部分资源从大陆,”李说。“我们呼吸空气中的氧气和温度来支持复杂的生活。这些事情太平常,我们认为这些是理所当然的,但地球没有开始与这些条件。他们开发了在地球的历史。和大陆的出现是地球形状的东西之一,使它更宜居。”

科学家仍然缺乏细节大陆是如何开始和他们如何增长覆盖地球表面的30%,但是一个大的线索与铌和钽,地球化学双胞胎。

“平均而言,大陆地壳的岩石铌约20%低于他们应该比我们看到的岩石在其他地方,”唐说。“我们相信这铌与大陆的神秘失踪。通过求解或寻找失踪的铌,我们可以得到重要的信息关于大陆形式。”

地质学家们知道几十年的不平衡。,它也表明地球化学过程产生大陆地壳也删除铌。但失踪的铌在什么地方?

一个闹心的问题促使唐度过他的空闲时间浏览记录的马克斯普朗克研究所GEOROC数据库,一个全面的全球发表分析火山岩的集合。

基于这些搜索和几个月的跟踪测试,唐,李和他的同事们提供第一实物证据“arclogites”(发音ARC-loh-jyts)负责失踪的铌。Arclogites堆积,剩下的渣滓,积累基础附近的大陆弧。在极少数情况下,这些堆积的块从火山喷发到表面。

李大米组第一arclogite发送样品收集在亚利桑那州合作者,康Chen研究员在武汉中国地质大学。陈花了一个月得到精确的读数相对大量的铌和钽的样本。时创建的岩石内华达山脉是一个活跃的大陆弧高,像今天的安第斯山脉。

陈的测试证实高铌钽比率,但为了更好地理解这个签名的机制是,唐和李使用高精度激光烧蚀和电感耦合等离子体质谱法在李的实验室水稻揭示矿物金红石是负责任的。

“金红石矿物主机铌,”他说。“这是一种天然的氧化钛,实际上是‘看到’铌和钽的区别和捕获一个比另一个。”

但在特定的条件下才会发生的。例如,唐家璇表示,在温度超过1000摄氏度,金红石陷阱钽和铌的正常比例。才开始喜欢铌当温度低于1000摄氏度。唐家璇说,唯一已知的地方,条件是地下深处大陆弧,像今天的安第斯山脉或高内华达山脉大约8000万年前。

“你需要高压的原因是氧化钛是相对罕见的,”他说。“你需要非常高的压力,迫使其岩浆的结晶和脱落。”

arclogite早些时候的一项研究发表在科学进步去年五月,唐家璇和李发现了一个微妙的化学成分,可以解释为什么大陆地壳iron-depleted。李说,寻找和发现关于金红石和铌说明中央大陆弧在地球历史上的重要性。

“大陆弧就像一个神奇的系统联系在一起的一切,从气候和大气中的氧气浓度矿床,”李说。“他们死后二氧化碳的水槽。他们可以推动温室或制冰厂,大陆的基石。”

这篇文章被转载材料所提供的莱斯大学。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。

参考
明Tang Cin-Ty a . Lee Kang Chen莫妮卡Erdman,江Gelu损失,呵呵。Nb / Ta分类学弧岩浆分异和arclogites在大陆形成的作用。自然通讯,2019;10 (1)DOI: 10.1038 / s41467 - 018 - 08198 - 3。