海底火山玻璃使地质学家能够估计地球内部的温度

导读：如果地球上的海洋被完全抽干，它们将显示出一条蜿蜒在地球上的巨大海底火山链。

如果地球上的海洋被完全抽干，它们将显示出一条蜿蜒在地球上的巨大海底火山链。这个庞大的海底山脊系统是地球内部物质翻转的产物，在那里，沸腾的温度可以通过地壳融化和松动岩石，分裂海底并在数亿年内重塑地球的表面。现在，麻省理工学院的地质学家已经分析了海脊喷发的数千个样本，并追溯其化学历史以估计地球内部的温度。

他们的分析表明，地球海脊的温度相对稳定，大约为1350摄氏度--大约与燃气灶的蓝色火焰一样热。然而，沿着海脊有一些 "热点"，可以达到1600摄氏度，与最热的熔岩相当。

该小组的研究结果已发表在《地球物理学研究杂志：固体地球物理学》上，提供了一个海脊周围地球内部的温度图。有了这张地图，科学家们可以更好地理解产生海底火山的熔化过程，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Stephanie Brown Krein说，她是麻省理工学院地球、大气和行星科学系（EAPS）的博士后。"了解这整个链条上的温度是理解作为热引擎的地球的基础，以及地球如何可能与其他行星不同并能够维持生命。"

Krein的共同作者包括EAPS的研究生Zachary Molitor和麻省理工学院R.R. Schrock地质学教授Timothy Grove。

地球的内部温度在数亿年来塑造地球表面的过程中发挥了关键作用。但是一直没有办法直接读取地表下几十到几百公里的这个温度。科学家们已经应用间接手段来推断上地幔的温度--地球上仅次于地壳的那一层。但是迄今为止的估计是不确定的，而且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，Krein和她的同事开发了一种新的算法，称为ReversePetrogen，旨在追溯岩石的化学历史，以确定其最初的元素组成并确定岩石最初在地表下融化的温度。

该算法是基于Grove实验室进行的多年实验，以重现和描述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，达到不同的温度和压力，以观察其化学演变。从这些实验中，研究小组已经能够推导出方程--以及最终的新算法--来预测岩石的温度、压力和化学成分之间的关系。

Krein和她的同事将他们的新算法应用于沿着地球海脊收集的岩石--一个长度超过70,000公里的海底火山系统。海脊是构造板块被来自地球地幔的物质喷发分开的区域--这一过程是由潜在的温度驱动的。

Krein说：“你可以有效地制作一个整个地球内部温度的模型，部分地基于这些海脊的温度。问题是，数据真正告诉了我们关于沿整个系统的地幔的温度变化是什么？”

该小组分析的数据包括几十年来由多个研究船沿海脊系统的长度收集的13500多个样本。数据集中的每个样本都是喷发的火山玻璃--在海洋中喷发的熔岩，被周围的水瞬间冷却成原始的、保存的形式。

科学家们先前确定了数据集中每个火山玻璃的化学成分。Krein和她的同事通过他们的算法对每个样本的化学成分进行分析，以确定每个玻璃最初在地幔中融化的温度。

通过这种方式，该小组能够沿着海脊系统的整个长度生成一张地幔温度图。从这张地图上，他们观察到，大部分地幔是相对均匀的，平均温度约为1350摄氏度。然而，有一些 "热点"，或沿着海脊的区域，地幔中的温度显得明显更热，大约为1600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，并可能上升得更快，而我们并不确切地知道为什么，或者它们有多热，或者在热点的成分的作用是什么，"Krein说。"其中一些热点在海脊上，现在我们可能通过这种新技术了解到全球范围内的热点变化情况。这告诉我们一些关于现在地球温度的基本情况，现在我们可以思考它是如何随时间变化的。"

Krein补充说。"了解这些动态将帮助我们更好地确定大陆是如何在地球上生长和进化的，以及俯冲和板块构造是何时开始的--这对于复杂的生命来说是至关重要的。"