德国哥廷根大学地球化学研究团队近日在国际权威期刊《自然》发表突破性研究成果,通过分析夏威夷火山岩样本发现钌-100同位素异常富集现象,首次证实地球内核物质存在持续外流过程。这项历时五年的研究揭示了地核与地幔之间物质交换的新机制,为理解地球深部动力学过程提供了关键证据。
研究团队采用高精度二次离子质谱技术,对取自夏威夷基拉韦厄火山喷发物的玄武岩样本进行系统检测。数据显示,样本中钌-100同位素丰度较地幔物质标准值高出0.003%,这种微小差异在百万分之一的检测精度下具有统计学显著性。项目首席科学家尼尔斯·梅斯林教授指出:"钌元素在地球形成初期主要富集于地核,其同位素特征是区分地核与地幔物质的'化学指纹'。"
该发现颠覆了传统地质学关于地核封闭性的认知。此前主流理论认为,占地球总质量32%的铁镍内核被3000公里厚的外核和地幔完全隔绝,其物质交换需经历数亿年时间尺度。此次观测到的同位素异常表明,地核物质可通过火山活动等地质过程在数千年间进入地幔,其中可能包含黄金、铂族金属等贵金属成分。共同通讯作者马蒂亚斯·威尔博尔德教授解释:"地幔柱携带的深部物质在上升过程中发生分异,部分重金属元素可能通过岩浆活动富集于地表矿床。"
研究团队通过数值模拟重建了物质迁移路径:地核-地幔边界处的高温高压环境使金属元素形成纳米级颗粒,这些物质随地幔对流上升至软流圈后,最终通过火山喷发进入岩石圈。模拟结果显示,每年约有1.5万吨地核物质通过该途径进入地幔,其中贵金属占比可达12%-15%。这一发现为解释地表贵金属矿床成因提供了新视角,特别是对理解金、铂等稀有金属的地球化学循环具有重要意义。
国际地学界对此成果给予高度关注。美国加州大学伯克利分校地球物理学家唐纳德·托马斯评价称:"这是首个直接证明地核物质外流的实验证据,其采用的同位素示踪技术达到了前所未有的灵敏度。"中国科学院地质与地球物理研究所研究员李晓红建议后续开展多区域火山岩对比研究,以确定该现象的时空分布特征。
目前研究团队正与夏威夷火山观测站合作建立长期监测系统,计划通过分析不同时期火山喷发物的同位素特征,建立地核物质泄漏的动态模型。该研究获得德国研究联合会(DFG)和欧洲研究委员会(ERC)联合资助,相关技术已申请国际专利。