氢同位素证据揭示巴芬岛熔岩中的地核成分：探秘地幔演化新视角

为探究地球核心与地幔间化学交换的本质，研究人员测量巴芬岛熔岩中橄榄石 - hosted 玄武质熔体包裹体的2H/1H 比值（δD）。结果显示低 δD 值或源于地核，表明地核 - 地幔 H 交换影响地幔同位素组成，对理解地球内部演化意义重大。

　　地球，这颗神秘的蓝色星球，内部结构复杂而迷人，地核与地幔之间的化学交换犹如隐藏在幕后的神秘力量，深刻影响着地球的演化历程。长期以来，科学家们一直试图揭开这层神秘面纱，却面临诸多挑战。比如，尽管钨 - 182（¹⁸²W）和氦 - 3（³He）异常已暗示地核与地幔存在化学交换，但具体过程和机制仍不明晰。氢（H）作为一种在地球内部可能广泛存在的元素，其在这一化学交换中的角色也未得到充分研究。然而，氢的分布和同位素组成对于理解地球内部物质循环、地球早期演化以及地球内部热量传输等关键问题至关重要。为了攻克这些难题，国外研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们将目光聚焦于巴芬岛熔岩，通过测量熔岩中橄榄石 - hosted 玄武质熔体包裹体（MIs）的氢同位素（²H/¹H 比值，即 δD），试图探寻地幔羽中是否存在来自地核的氢，进而为地核 - 地幔化学交换提供新证据。最终，研究取得了令人瞩目的成果，相关论文发表在《SCIENCE ADVANCES》杂志上。

这项研究主要运用了以下关键技术方法：首先，从巴芬岛枕状熔岩样本 PING18-H2 中精心提取橄榄石，采用多种物理手段进行处理；接着，运用纳米二次离子质谱（NanoSIMS）技术精确测量 MIs 中的挥发性元素丰度和 D/H 比值；最后，利用电子微探针分析玻璃和橄榄石的主要元素组成。

研究结果如下：

• 低 D/H 继承自地幔：巴芬岛 MIs 的平均 δD 组成为 -144 ± 26‰，排除部分异常数据后，平均值为 -144 ± 24‰。研究人员通过分析挥发性元素与 K₂O 的含量关系、不同大小 MIs 的 δD 值以及 O 同位素等多方面证据，排除了岩浆脱气、动力学分馏和后期污染等因素对 δD 值的影响，证明所测 δD 值反映了原冰岛地幔羽的组成。
• 地幔低 δD 值的可能起源：通常，地幔源区的低 δD 值可能源于脱水俯冲岩石圈，但这无法解释巴芬岛熔岩中异常高的³He/⁴He 比值。此外，巴芬岛熔岩的 δD 值也不能简单用与北大西洋地幔假设端元储层的混合来解释，这表明其可能存在一种尚未被识别的具有极低 H₂O 和低 δD 值的成分。
• 地核作为地幔羽氢的来源：冰岛地幔羽存在¹⁸²W 异常，暗示其与地核存在相互作用。研究推测，巴芬岛熔岩的低 δD 值可能源于地核，因为地核的 δD 值可能低于地幔，且氢在地球内部可能通过化学不平衡驱动的质量通量或同位素扩散等方式从地核进入地幔。
• 地核氢逸出的影响：地核与地幔之间的氢质量通量或同位素扩散，对地球内部水循环和地幔化学组成有着深远影响。研究发现，巴芬岛熔岩的 δD 值与³He/⁴He 比值之间存在关联，这表明地幔羽物质可能携带地核来源的氢和氦，对整个上地幔的同位素组成产生影响。同时，通过混合模型计算，研究人员估算出地幔中来自地核的氢的比例，进一步证实了地核物质对地球内部化学组成的重要贡献。

研究结论和讨论部分指出，这项研究为地核 - 地幔化学交换提供了新的氢同位素证据，揭示了地核物质可能通过地幔羽影响上地幔的同位素组成。这一发现不仅改变了人们对地球内部物质循环和演化的传统认知，还为深入研究地球早期演化、地幔动力学以及地球内部热量传输等重大科学问题提供了全新的视角和关键线索。它表明，地核 - 地幔的相互作用在地球漫长的演化历程中扮演着极为重要的角色，未来的研究可以在此基础上进一步深入探索地核 - 地幔化学交换的具体机制和全球影响，为地球科学领域的发展开辟新的道路。