非洲正在分裂的原因:超級地幔柱

原始氣體證實東非大裂谷的成因

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非洲正在分裂成兩半。原因是:一條地質裂谷沿著非洲大陸東側延伸,在未來的數百萬年後,這裡將被海洋取代。數十年來,科學家們一直在爭論是什麼導致了構造板塊的分離。地球物理學家認為這是一個超級地幔柱,它是地球地幔的一個巨大區域,將熱量從地核附近帶到地殼。作為證據,他們指出了兩個大型高原(一個在衣索比亞,一個在肯亞),他們說這些高原是在超級地幔柱向上推擠地幔時形成的。地球化學家未能證實這一理論。相反,他們認為可能有兩個小的、不相關的地幔柱分別向上推擠高原。加利福尼亞州拉霍亞斯克裡普斯海洋研究所的地球化學家大衛·希爾頓說,這些理論並不一致。“化學和物理之間存在不匹配。”

因此,在2006年和2011年,希爾頓前往東非,看看他是否可以結束這場爭論。他和他的團隊決定利用裂谷中散發出的氣體來確定它的形成方式。他們戴上防毒面具,徒步登上坦尚尼亞和衣索比亞的火山頂,並爬進了mazuku(斯瓦希里語中“邪惡之風”的意思)——地熱噴口和窪地,致命氣體在那裡積聚,經常殺死動物。在這些地點,該團隊收集了火山爆發期間沉積的岩石樣本,包括橄欖石,這種晶體像瓶子一樣捕獲火山氣體。

回到加利福尼亞的家中,希爾頓在真空中壓碎岩石以釋放其中的氣體。他正在尋找氦3,這是一種在地球形成時存在並被困在地核中的氦同位素。希爾頓認為,如果衣索比亞和肯亞高原周圍的岩石都含有這種原始氣體,那麼至少可以證實是地下地幔柱創造了它們。讀數顯示,事實上,兩個高原都含有氦3。但希爾頓和他的團隊仍然不得不懷疑:這一切背後是一個超級地幔柱嗎?還是有幾個較小的地幔柱?


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為了回答這個問題,他們轉向了另一種被困在地幔中的原始氣體:氖22。他們發現氖22存在於兩個高原中,並且這些位置的氦氖比率相匹配,結果發表在四月份的《地球物理研究快報》上。這意味著兩個高原下方的地幔柱是由相同的物質和相同的年齡構成的。因此,存在一個共同的超級地幔柱。事實證明,地球物理學家一直都是對的。

法國國家科學研究中心的地球化學家皮特·伯納德(Pete Burnard)說:“那些聲稱裂谷和地幔柱活動無關的‘反對者’——以及一些甚至否認存在地幔柱的人——再也站不住腳了。”他沒有參與最新的研究。

非洲超級地幔柱將為科學家提供更便利的途徑來研究地球的內部運作(另一個位於太平洋下方)。希爾頓和他的團隊現在正在測量東非地幔釋放了多少碳,它的年齡以及它是否是從數十億年前最初在地表捕獲的碳中回收的。希爾頓說,這些資訊將幫助地質學家弄清楚地球各層如何在更長的時間尺度上相互作用,包括形成和分裂大陸所需的數億年。

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