有關(guān)地幔構(gòu)成的新地質(zhì)發(fā)現(xiàn)正在幫助科學(xué)家更好地了解長期的氣候穩(wěn)定性，甚至是地震波如何穿越地球各層。

由凱斯西儲大學(xué)的科學(xué)家組成的團(tuán)隊進(jìn)行的研究集中在“深層碳循環(huán)”，即整個碳循環(huán)通過地球各個系統(tǒng)的整個循環(huán)的一部分。

用最簡單的話說，深層碳循環(huán)涉及兩個步驟：

表面碳主要以碳酸鹽的形式通過俯沖在海溝中的洋板帶進(jìn)入深層。

然后，碳通過地幔融化和火山巖漿脫氣過程以二氧化碳(CO 2)的形式返回大氣。

長期以來，科學(xué)家一直懷疑這種碳的部分熔融塊廣泛分布在整個地球的地幔中。

他們還沒有完全了解它們可能會發(fā)現(xiàn)到地幔中的深處，還是該材料的地質(zhì)緩慢運(yùn)動如何促進(jìn)表面碳循環(huán)，這對于生命本身是必不可少的。

深層碳與氣候變化的聯(lián)系

“表面和深層內(nèi)部之間的碳循環(huán)對于長期保持地球氣候處于可居住區(qū)域至關(guān)重要，這意味著億萬年，”藝術(shù)學(xué)院地球化學(xué)和礦物物理學(xué)教授James Van Orman說。凱斯·西儲(Case Western Reserve)的研究與科學(xué)，以及該研究的作者，最近發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

“現(xiàn)在，我們對碳的表面儲層有了很好的了解，但對深層內(nèi)部碳儲量的了解卻少得多，這對于碳的循環(huán)也至關(guān)重要。”

范奧曼說，這項新的研究表明-基于碳酸鹽熔體聲學(xué)特性的實驗測量，并將這些結(jié)果與地震數(shù)據(jù)進(jìn)行比較-可能有小部分碳酸鹽熔體(不到1%的十分之一)存在于整個地幔中，深度約為180-330公里。

范奧曼說：“基于這一推論，我們現(xiàn)在可以估算出上地幔深部的碳濃度，并推斷出該儲層中含有大量的碳，是地球大氣中碳質(zhì)量的10,000倍以上。”

Van Orman說，這很重要，因為由于與大氣交換，在這個大型儲層中存儲的碳量的逐漸變化可能會對大氣中的CO 2產(chǎn)生相應(yīng)的影響，從而對長期的氣候變化也有相應(yīng)的影響。

本文的第一作者是徐曼，他在博士學(xué)位期間做了很多工作。是Case Western Reserve的學(xué)生，現(xiàn)在是芝加哥大學(xué)的博士后。

該項目的其他參與者來自佛羅里達(dá)州立大學(xué)，芝加哥大學(xué)和中國深圳的南方科技大學(xué)(SUSTech)。

解釋地震波速度差異

該研究還為地震學(xué)，特別是深地研究提供了啟示。

地質(zhì)學(xué)家更好地了解內(nèi)部深處的一種方法是測量地震產(chǎn)生的地震波(快速移動的壓縮波和較慢的剪切波)如何穿過地球各層。

科學(xué)家們一直想知道為什么兩種地震波(P波和S波)之間的速度差會在距地球約180至330公里的深度處達(dá)到峰值。

富含碳的熔體似乎回答了這個問題：少量的這些熔體可能分散在整個深部上地幔中，并且可以解釋速度的變化，因為波浪在熔體中的移動方式不同。