地质学家使用喷发的海玻璃测量地球内部温度

如果地球的海洋被完全排干，它们将显露出一条巨大的海底火山链，在地球周围蜿蜒而行。这个庞大的洋脊系统是地球内部物质翻转的产物，在那里，沸腾的温度可以融化并将岩石从地壳中向上翻起，在数亿年的时间里分裂海底并重塑地球表面。

现在，麻省理工学院的地质学家分析了数千个沿洋脊喷发的物质样本，并追溯它们的化学历史，以估计地球内部的温度。

他们的分析表明，地球底层洋脊的温度相对一致，大约为 1,350 摄氏度——大约与煤气灶的蓝色火焰一样热。然而，山脊上有一些“热点”可以达到 1600 摄氏度，与最热的熔岩相当。

该团队的结果今天发表在《地球物理研究杂志：固体地球》上，提供了地球内部洋脊周围的温度图。有了这张地图，科学家们可以更好地了解海底火山的融化过程，以及这些过程如何随着时间的推移推动板块构造的步伐。

“对流和板块构造一直是塑造地球历史的重要过程，”主要作者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系 (EAPS) 的博士后 Stephanie Brown Krein 说。“了解整个链条的温度对于将地球理解为热机以及地球与其他行星的不同之处以及能够维持生命的方式至关重要。”

Krein 的合著者包括 EAPS 研究生 Zachary Molitor 和麻省理工学院 RR Schrock 地质学教授 Timothy Grove。

化学史

数亿年来，地球内部温度在塑造地球表面方面发挥了关键作用。但是没有办法直接读取地表以下数十到数百公里的温度。科学家们已经应用间接方法来推断上地幔——地壳正下方的地球层的温度。但迄今为止的估计尚无定论，科学家们对地表下的温度变化有多大意见不一。

在他们的新研究中，Kerin 和她的同事开发了一种名为 ReversePetrogen的新算法，该算法旨在追溯岩石的化学历史，以确定其原始元素组成并确定岩石最初在地表以下熔化的温度.

该算法基于 Grove 实验室进行的多年实验，以重现和表征地球内部的熔化过程。实验室的研究人员加热了不同成分的岩石，达到了不同的温度和压力，以观察它们的化学演化。从这些实验中，该团队已经能够推导出方程式——最终，新算法——来预测岩石的温度、压力和化学成分之间的关​​系。

Kerin 和她的同事将他们的新算法应用于沿地球洋脊收集的岩石——一个长度超过 70,000 公里的海底火山系统。洋脊是构造板块因地幔物质喷发而分开的区域——这个过程是由底层温度驱动的。

“你可以有效地建立整个地球内部温度的模型，部分基于这些山脊的温度，”Kerin 说。“问题是，关于整个地幔链上地幔温度变化的数据究竟告诉了我们什么?”

地幔图

该团队分析的数据包括几十年来通过多次研究巡航沿洋脊系统收集的 13,500 多个样本。数据集中的每个样本都是喷发的海玻璃——熔岩在海洋中喷发，并立即被周围的水冷却成原始的保存形式。

科学家们之前确定了数据集中每种玻璃的化学成分。Kerin 和她的同事通过他们的算法运行每个样品的化学成分，以确定每个玻璃最初在地幔中熔化的温度。

这样一来，该小组能够生成地图沿着全长地幔温度的海洋山脊系统。从这张地图中，他们观察到大部分地幔相对均质，平均温度约为 1,350 摄氏度。然而，沿着山脊存在“热点”或区域，其中地幔中的温度明显更高，约为 1,600 摄氏度。

“人们认为热点是地幔中更热的区域，那里的物质可能融化得更多，并且可能上升得更快，我们不确切知道为什么，或者它们有多热，或者成分的作用是什么在热点，”Kerin 说。“其中一些热点位于山脊上，现在我们可以使用这种新技术了解全球热点的变化情况。这告诉我们一些关于地球温度的基本信息，现在我们可以思考它是如何变化的随着时间的推移而改变。”

Kerin 补充说：“了解这些动态将帮助我们更好地确定如何在地球上生长和演化，以及俯冲和板块构造何时开始——这对复杂的生命至关重要。”

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