显微镜下的地幔岩石标本。图片来源：Johan Lissenberg

本报讯 一项破纪录的海底岩石钻探行动，让科学家对地幔有了更好的了解。近日，地质学家从大西洋海底提取到一个有史以来最大的地幔样本——长达1268米的绿色大理石状岩石样本，为地壳形成过程提供了前所未有的见解。相关研究8月8日发表于《科学》。

英国南安普顿大学海洋地质学家Rosalind Coggon说，此次探险取得的成就是一个“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，而这些样本是了解地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，形成了玄武岩。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，引起一些矿物质溶化，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，地幔岩石也会喷发到海底，并与海水相互作用，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，船上的研究人员选择在一处被命名为“失落之城”的地点钻孔。这是山体南侧遍布热液喷口的一个地点，在那里，极端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顺利，速度比平时快3倍，钻出了一个长而完整的圆柱形岩芯。“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时间里仔细研究了这块岩芯，对每一厘米进行记录。当他们详细检查岩石结构时，观察到其具有倾斜特征，这是岩浆从地幔中分离出来成为地壳一部分的标志。

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“国际大洋发现计划”即将结束，“乔迪斯·决心号”也面临退役。

“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。（王方）

相关论文信息：

https://doi.org /10.1126/science.adp1058