非洲正在分裂成两半。原因是:一条地质裂谷沿着非洲大陆东侧延伸,在未来的数百万年后,这里将被海洋取代。数十年来,科学家们一直在争论是什么导致了构造板块的分离。地球物理学家认为这是一个超级地幔柱,它是地球地幔的一个巨大区域,将热量从地核附近带到地壳。作为证据,他们指出了两个大型高原(一个在埃塞俄比亚,一个在肯尼亚),他们说这些高原是在超级地幔柱向上推挤地幔时形成的。地球化学家未能证实这一理论。相反,他们认为可能有两个小的、不相关的地幔柱分别向上推挤高原。加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯海洋研究所的地球化学家大卫·希尔顿说,这些理论并不一致。“化学和物理之间存在不匹配。”
因此,在2006年和2011年,希尔顿前往东非,看看他是否可以结束这场争论。他和他的团队决定利用裂谷中散发出的气体来确定它的形成方式。他们戴上防毒面具,徒步登上坦桑尼亚和埃塞俄比亚的火山顶,并爬进了mazuku(斯瓦希里语中“邪恶之风”的意思)——地热喷口和洼地,致命气体在那里积聚,经常杀死动物。在这些地点,该团队收集了火山爆发期间沉积的岩石样本,包括橄榄石,这种晶体像瓶子一样捕获火山气体。
回到加利福尼亚的家中,希尔顿在真空中压碎岩石以释放其中的气体。他正在寻找氦3,这是一种在地球形成时存在并被困在地核中的氦同位素。希尔顿认为,如果埃塞俄比亚和肯尼亚高原周围的岩石都含有这种原始气体,那么至少可以证实是地下地幔柱创造了它们。读数显示,事实上,两个高原都含有氦3。但希尔顿和他的团队仍然不得不怀疑:这一切背后是一个超级地幔柱吗?还是有几个较小的地幔柱?
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为了回答这个问题,他们转向了另一种被困在地幔中的原始气体:氖22。他们发现氖22存在于两个高原中,并且这些位置的氦氖比率相匹配,结果发表在四月份的《地球物理研究快报》上。这意味着两个高原下方的地幔柱是由相同的物质和相同的年龄构成的。因此,存在一个共同的超级地幔柱。事实证明,地球物理学家一直都是对的。
法国国家科学研究中心的地球化学家皮特·伯纳德(Pete Burnard)说:“那些声称裂谷和地幔柱活动无关的‘反对者’——以及一些甚至否认存在地幔柱的人——再也站不住脚了。”他没有参与最新的研究。
非洲超级地幔柱将为科学家提供更便利的途径来研究地球的内部运作(另一个位于太平洋下方)。希尔顿和他的团队现在正在测量东非地幔释放了多少碳,它的年龄以及它是否是从数十亿年前最初在地表捕获的碳中回收的。希尔顿说,这些信息将帮助地质学家弄清楚地球各层如何在更长的时间尺度上相互作用,包括形成和分裂大陆所需的数亿年。