Но многое из того, что происходит под этим слоем, остается загадкой, включая судьбу участков коры, которые исчезают обратно на Землю. Теперь команда геохимиков, базирующаяся в Национальной лаборатории сильного магнитного поля, расположенной во Флоридском государственном университете, обнаружила ключевые подсказки о том, где скрываются эти камни.
Исследователи предоставили новые доказательства того, что, хотя большая часть земной коры является относительно новой, на самом деле небольшой процент состоит из древних кусков, которые давно утонули в мантии, а затем всплыли на поверхность. Они также обнаружили, основываясь на количестве этой «переработанной» коры, что планета последовательно производила корку с момента ее образования 4,5 миллиарда лет назад — картина, которая противоречит господствующим теориям.
Их исследование опубликовано в журнале Science Advances .
«Подобно лососю, возвращающемуся на нерестилища, некоторая океаническая кора возвращается на место размножения — вулканические хребты, где рождается свежая кора», — сказал соавтор Мунир Хумаюн, геохимик и профессор MagLab в Департаменте Земли, Океана и Атмосферы штата Флорида. Наука (EOAS). «Мы использовали новую технику, чтобы показать, что этот процесс по сути является замкнутым циклом и что переработанная кора распределена неравномерно по гребням».
Помимо Хумаюна в состав исследовательской группы входили постдокторант MagLab Шуйинг Янг, ведущий автор статьи, директор геохимической группы MagLab и председатель EOAS Винсент Салтерс.
Океаническая кора Земли образуется, когда мантийная порода тает вблизи трещин между тектоническими плитами вдоль подводных вулканических хребтов с образованием базальта. По мере создания новой коры она отодвигает старую кору от хребта к континентам, как сверхмалый конвейер. В конце концов, он достигает областей, называемых зонами субдукции, где он вынужден находиться под другой плитой и уходить обратно в Землю.
Ученые долго теоретизировали о том, что происходит с субдуцированной корой после ее повторного поглощения в горячей среде высокого давления мантии планеты. Он может погружаться глубже в мантию и оседать там, или подниматься обратно на поверхность в перьях, или кружиться сквозь мантию, как пряди шоколада через желтый мраморный пирог. Часть этого «шоколада» может в конечном итоге подняться, снова растаять на грядах в середине океана и сформировать новый камень для еще одной долголетней поездки по морскому дну.
Это новое доказательство подтверждает теорию «мраморного пирога».
Ученые уже видели подсказки в поддержку теории. Некоторые базальты, собранные из срединно-океанических хребтов, называемые обогащенными базальтами, имеют более высокий процент определенных элементов, которые имеют тенденцию просачиваться из мантии в расплав, из которого образуется базальт; другие, называемые обедненными базальтами, имели гораздо более низкие уровни.
Чтобы пролить больше света на загадку исчезающей коры, группа исследователей провела химический анализ 500 образцов базальта, собранных в 30 регионах океанических хребтов. Некоторые были обогащены, некоторые были истощены, а некоторые были между.
Ранее команда обнаружила, что относительные пропорции германия и кремния были ниже в расплавах переработанной коры, чем в «первичном» базальте, выходящем из расплавленной мантийной породы. Таким образом, они разработали новую технику, которая использовала это соотношение, чтобы идентифицировать отдельный химический отпечаток для субдуцированной коры.
Они разработали точный метод измерения этого отношения с использованием масс-спектрометра в MagLab. Затем они сократили числа, чтобы увидеть, как эти соотношения различались среди 30 выбранных регионов, ожидая увидеть изменения, которые пролили бы свет на их происхождение.
.Сначала анализ не выявил ничего примечательного. Обеспокоенная Ян, кандидат наук в то время, консультировалась со своим советником. Хумаюн предложил рассмотреть проблему под более широким углом зрения: вместо того, чтобы сравнивать базальты разных регионов, они могли бы сравнивать обогащенные и истощенные базальты.
После быстрого пересмотра данных Ян был взволнован, увидев четкие различия между этими группами базальтов.
«Я был очень счастлив», — вспоминает Ян, ведущий автор статьи. «Я подумал:« Я смогу получить высшее образование! »»
Команда обнаружила более низкие отношения германия к кремнию в обогащенных базальтах — химическом отпечатке для переработанной коры — во всех областях, которые они отобрали, указывая на его мраморное пирожное распределение по всей мантии. По сути, они раскрыли тайну исчезающей коры.
По словам Хумаюна, это был урок, когда я скучал по лесу за деревьями.
«Иногда вы смотрите слишком близко, с носом в данных, и вы не можете видеть шаблоны», — сказал он. «Тогда ты отступаешь и идешь« Стоп! »»
Копаясь глубже в паттернах, которые они нашли, ученые раскрыли больше секретов. Основываясь на количестве обогащенных базальтов, обнаруженных на глобальных хребтах в середине океана, команда смогла рассчитать, что от 5 до 6 процентов мантии Земли состоит из переработанной коры, фигуры, которая проливает новый свет на историю планеты как кора. завод. Ученые знали, что Земля изгибает кору со скоростью несколько дюймов в год. Но делал ли это так последовательно на протяжении всей своей истории?
Их анализ, по словам Хумаюна, показывает, что «темпы образования коры не могли радикально отличаться от того, чем они являются сегодня, а это не то, чего никто не ожидал».