【海洋科普】消失的地壳去哪儿了？古老海洋究竟发生了...

科学家们分析了数百个沿着全球各地洋中脊采集的样本，这些样本包含不同数量的古代海洋地壳。这些地壳经历过完整的诞生与消亡过程，它们在“贫瘠”（Depleted）部分中的比重比“正常”（Normal）少，而在“富集”（Enriched）部分的比重较大。

山川江河，飞鸟走兽，一切的繁荣都离不开这颗星球最上层的坚硬外壳——承载万物的地壳。

然而，对于这层硬壳之下发生的事，我们仍然知之甚少。例如，回到地球内部消亡了的那部分地壳经历了什么？如今，佛罗里达州立大学国家高磁场实验室（MagLab）的地球化学团队带来一些十分重要的线索，或许能令我们一窥那些岩石被“藏进”地下的过程。

这些新鲜出炉的证据表明：尽管绝大多数地壳都是相对“年轻”的，却也有一小部分非常古老的岩块——那些曾深入地幔，后来又上浮至浅层的“老前辈”们。基于这些经历过“地幔之旅”的地壳的量，他们还发现：地球自45亿年前形成以来就一直在不停地制造地壳——这与当前盛行的理论相矛盾。这项研究成果已发表于《科学·进展》（Science Advances）。

“就像鲑鱼游回它们的产卵地一样，一些海洋中的地壳也会返回海底火山脊——它们诞生的地方。”佛罗里达州立大学地球、海洋和大气科学系（EOAS）的Munir Humayun教授说道，他是高磁场实验室的一位地球化学家，也是本研究的共同作者。“我们使用全新技术来展现这个不断循环过程，同时，那些返回的地壳沿着火山脊不均匀地分布。”

和Humayun同一团队的还有该论文的第一作者——MagLab的博士后研究员Shuying Yang，以及MagLab地球化学团队主管兼EOAS主席Vincent Salters。

海底火山脊沿线的构造板块之间有裂缝，其附近的地幔岩石融化产生玄武岩，也就是新生的海洋地壳。旧的海洋地壳受到新生部分的挤压，从火山脊向大陆缓缓移动，最终到达“俯冲带”，地壳被“塞进”另一板块之下，重新回到地球内部，整个过程就像一个超大型传送带。

那些俯冲后的地壳被炽热高压的地幔所淹没，然后呢？这也是长久以来科学家们竞相推理的事。那些地壳可能沉入更深的地幔，或者随着地幔柱重回表面，或者在地幔里“打转”，如同大理石蛋糕里的巧克力。其中有些最终上升，重新融化在洋中脊中，形成新的岩石，开始下一趟历时百万年的海底之旅。

本次研究的新证据进一步支持了“大理石蛋糕”理论。

一块大理石蛋糕

科学家们已经掌握了支持该理论的线索：洋中脊有一部分所谓“富集玄武岩”，其中某些元素的占比很高，极有可能是从地幔渗出的熔融物（后来形成玄武岩）。而这些元素含量水平较低的玄武岩则被称为“贫瘠玄武岩”。

为了进一步揭示消失地壳的奥秘，研究小组从30个洋脊区收集了500个玄武岩样本，并对样本进行化学分析，结果表明：其中有些是“富集”的，有些是“贫瘠”的，还有一些介于两者之间。

早些时候该团队发现，相比地幔岩石中出现的新生玄武岩，锗和硅的相对比例在熔融的地壳中要低很多。于是，他们以该比例作为俯冲地壳的“化学指纹”，将其发展成一种辨别技术。

他们设计了一种精确的方法，使用MagLab的质谱仪来测量该比例，并对这些数据进行处理，观察这些比例在30个采样地区之间的差异，希望从观察到的差异中揭示样本的起源。

初步分析没有发现值得注意的东西。当时仍是博士生的Yang曾为此咨询她的导师。Humayun建议她把看待问题的角度放大：与其比较不同地区的玄武岩，不如比较“富集”和“贫瘠”两种玄武岩的差异。

于是，Yang迅速地重新处理数据，激动地发现这些玄武岩组之间有明显的差异。

“我当时心想‘我能毕业了！’，可把我高兴坏了。”Yang回忆到，因为她是该研究论文的第一作者。

研究小组发现，所有取样区域的富集玄武岩样本中无一例外，硅锗比例较低，这是前文所提到的“周游地幔”的那部分地壳的化学指纹，表明它们像大理石蛋糕里的巧克力一样遍布整个地幔。可以说，研究小组解开了地壳消失的谜团。

Humayun说，这次研究吃了“只见树木不见森林”的亏。

他说：“有时候，把自己埋进数据堆里，便无法看到事物的全貌。当你从中抽身，退一步观察，会发现惊喜就在眼前。”

顺藤摸瓜，科学家们还发现了更多秘密。基于全球洋中脊中富集玄武岩的量，该团队得以计算出有5~6%的地幔是由旧地壳形成的。或许，基于此，我们能获悉脚下这座“地壳工厂”的历史。已知地球以每年几英寸的速度缓缓生产地壳，但是，这一过程真的是一成不变的吗？

Humayun说：“我们的分析表明，地壳形成的速度一直以来变化不大，这是所有人都没有想到的。”