一项破纪录的大西洋海底岩石钻探“探险”让科学家对地壳下的地球有了最好的了解。

研究人员从地幔向上推过海底的区域提取了一个几乎不间断的1268米长的绿色大理石状岩石样本。8月8日，对这些样本的研究发表于《科学》，为地壳形成过程提供了前所未有的见解。

显微镜下的地幔岩石标本。图片来源：Johan Lissenberg

“关于这种岩石应该是什么样子，我们脑子里有一个故事，但当我们在桌子上看到它时，情况就完全不同了。”日本海洋地球科技研究所岩石学家Natsue Abe说。

英国南安普敦大学海洋地质学家Rosalind Coggon说，这次探险的成就是一个“了不起的里程碑”。“海洋钻探提供了获取地球深层内部样本的唯一途径，而这些样本是了解我们星球形成和演化的关键。”

海洋地壳是一种在海洋下而不是在大陆下发现的地壳，主要由致密火山岩组成，又称玄武岩。它比大陆地壳薄得多，也年轻得多，因为岩石在构造板块的运动中不断循环。

岩浆沿着大洋中脊通过海底裂缝向上推进时，玄武岩就形成了。岩浆本身起源于地幔的部分熔融过程，而地幔主要由半透明的绿色富镁矿物组成。随着地幔中的物质上升，其上的压力下降，导致一些矿物质融化，并在岩石晶体之间形成微小的岩浆膜。

通常只有岩浆会喷发到海底，但在一些区域，地幔岩石也会到达，在那里它与海水相互作用，发生一种名为蛇纹石化的反应。这改变了岩石结构，使其具有大理石般的外观，并释放出包括氢在内的各种物质。

2023年5月，美国乔迪斯·决心号大洋钻探船正在探索一座名为亚特兰蒂斯山的海底山脉。这艘长143米的船配备了一台高62米的起重机，用于海底钻探。

亚特兰蒂斯山位于大西洋中脊以西，发生过上述情况。船上的研究人员选择在“失落之城”钻孔，这是山体南侧的一个地点，遍布热液喷口，嗜极微生物以渗出的氢气为食。

英国卡迪夫大学岩石学家Johan Lissenberg说：“我们原本计划钻探200米，因为这是人们在地幔岩石中钻探过的最深深度。”但钻探过程出乎意料地顺利，速度比平时快3倍，钻出了名为岩芯的长而完整的圆柱形岩石。“所以，我们决定继续前进。”

一个由30名科学家组成的团队在两个月的时间里仔细研究岩芯，一厘米一厘米地进行记录。当他们详细检查岩石的结构时，观察到了“倾斜特征”，这是岩浆如何从地幔中分离出来成为地壳一部分的主流理论的一个标志。

美国特拉华大学地球化学家Jessica Warren说，地幔岩石还夹杂着其他类型的岩石，这表明地幔-地壳边界并不像地震学数据通常显示的那样清晰。这些结果“是我们如何理解海洋中构造板块形成的关键”。

不过，地球科学家担心，他们需要很长时间才能跟进更多研究，因为长达10年的国际海洋发现计划即将结束，乔迪斯·决心号也要退役了。

“我们还没有深入真正的地幔。”对于地球科学家来说，剩下的一个巨大挑战是钻穿玄武岩层，穿过地壳和地幔之间的边界，即莫霍面。这将使他们能够接触到未与海水反应的原始地幔岩石。

相关论文信息：https://doi.org /10.1126/science.adp1058