太平洋岩石样本提供了25亿年前活跃地球的一瞥

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朱迪·张（左）和丽塔·帕拉伊在帕拉伊的实验室里。致谢:肖恩·加西亚/圣路易斯华盛顿大学

（）据圣路易斯华盛顿大学（克里斯·伍尔斯顿）：在地球科学中，小细节可以帮助解释大规模事件。圣路易斯华盛顿大学文理学院地球、环境和行星科学助理教授丽塔·帕拉伊（Rita Parai）使用精密设备测量岩石中痕量惰性气体的含量，这些样品可以为行星演化提供关键见解。

在《地球和行星科学快报》上发表的一项研究中，帕拉伊和研究生朱迪·张利用对库克群岛和南国群岛火山岩中惰性气体的测量结果表明，板块构造已经将气体从地表输送到地球深层超过25亿年。

惰性气体对深度探测特别有帮助，因为它们在化学上是惰性的。张说，45亿年前地球刚形成时，它们的一些同位素被困在内部。“它们在岩石上留下了永久的印记。“

在帕拉伊的实验室里，张能够测量多种稀有气体元素及其同位素，包括稀有元素氙。张说，稀有气体丰度的模式及其独特的同位素特征讲述了一个重要的故事。

张解释说，库克群岛-南方群岛的岩石是通过火山爆发从地球地幔深处运送到地球表面的。岩石中的标志性惰性气体表明，在很久以前，构造板块在大约25亿年前经历俯冲时相对较冷。俯冲是指表面岩石沉入地幔的过程。

一些研究人员推断，在那个时候，地球可能比我们今天知道的世界更热、更恶劣。氙的存在表明俯冲发生在与现代相似的地质条件下。“如果岩石在更高的温度下俯冲，它就会失去所有的气体，”张说。“这是一个非常令人兴奋的发现。”

探测氙原子不像大海捞针；这就像在整个干草地里找到一根显微镜下的针。稀有气体在岩石中已经是一种罕见的特征，而能够追踪古代板块构造的氙更是难以捉摸。帕拉伊说:“每克材料只有大约10万个氙原子。”这大约是每10万亿个原子中的1个。

研究人员不得不从这些岩石中的大量矿物橄榄石中提取气体来获得最微弱的信号。帕拉伊说:“这就像我们正在研究如何从石头中挤出血液一样。”

去年12月，在罗伯特·s·布鲁金斯杰出教授道格·维恩斯（Doug Wiens）的带领下，张在南太平洋进行了为期28天的研究航行，从海底收集了更多的岩石样本。对帕拉伊实验室中的岩石进行分析，应该能让我们对地球的远古时代有更多的了解。“我们正在推动分析的边界回溯数十亿年，”张说。