Kun de hotteste, de fleste flydende kappe fjer trækker fra et ur reservoir dybt i jorden

Jordens kappe – laget mellem skorpen og den ydre kerne – er hjemsted for en ursuppe, der er endnu ældre end månen. Blandt hovedingredienserne er helium-3 (He-3), en rest af Big Bang og atomfusionsreaktioner i stjerner. Og kappen er dens eneste terrestriske kilde.

Forskere, der studerer vulkanske hotspots, har stærke beviser for dette, at finde høj helium-3 i forhold til helium-4 i nogle faner, opstrømningerne fra Jordens dybe kappe. Urreservoirer på den dybe jord, prøvet af et lille antal vulkanske hotspots globalt, har denne gamle He-3/4 signatur.

Inspireret af et papir fra 2012, der foreslog en sammenhæng mellem sådanne hotspots og hastigheden af ​​seismiske bølger, der bevæger sig gennem jordens indre, UC Santa Barbara geokemiker Matthew Jackson gik sammen med forfatterne af det originale papir - Thorsten Becker fra University of Texas i Austin og Jasper Konter fra University of Hawaii - for at vise, at kun de hotteste hotspots med den langsomste bølgehastighed trækker fra det primitive reservoir dannet tidligt i planetens historie. Deres resultater fremgår af journalen Natur .

"Vi brugte seismologien for den lavvandede kappe - den hastighed, hvormed seismiske bølger bevæger sig gennem Jorden under dens skorpe - til at drage slutninger om den dybere kappe, " sagde Jackson, en adjunkt i UCSB's Institut for Jordvidenskab. "Ved 200 km, den lavvandede kappe har den største variation af seismiske hastigheder - mere end 6 procent, som er meget. Hvad mere er, den variabilitet, som vi antager er relateret til temperatur, korrelerer med He-3. "

Til deres undersøgelse, forskerne brugte de seneste seismiske modeller af Jordens hastighedsstruktur og 35 års heliumdata. Når de sammenlignede oceaniske hotspots med høje niveauer af He-3/4 med seismiske bølgehastigheder, de fandt ud af, at disse repræsenterer de hotteste hotspots, med seismiske bølger, der bevæger sig langsommere, end de gør i køligere områder. De analyserede også hotspot -opdriftsflux, som kan bruges til at måle, hvor meget smelte et bestemt hotspot producerer. På Hawaii, Galapagos-øerne, Samoa og påskeøen samt på Island, hotspots havde høje opdriftsniveauer, bekræfter en grundlæggende fysikregel:jo varmere, jo mere flydende.

"Vi fandt ud af, at jo højere hotspot-opdriftsfluxen, jo mere smelte et hotspot producerede, og jo mere sandsynligt var det at have høj He-3/4, " sagde Jackson. "Varmere faner har ikke kun langsommere seismisk hastighed og en højere hotspot-opdriftsflux, det er også dem med den højeste He-3/4. Det hele hænger pænt sammen og er første gang, at He-3/4 er blevet korreleret med lave kappehastigheder og hotspot-opdrift globalt. "

Becker bemærkede, at korrelation ikke indebærer kausalitet, "men det er ret smart, at vi fandt to stærke sammenhænge, som begge peger på den samme fysisk sandsynlige mekanisme:de oprindelige ting bliver fortrinsvis afhentet af de mest livlige termokemiske opstigninger. "

Forfatterne ønskede også at vide, hvorfor kun de hotteste, de fleste flydende faner prøver høj He-3/4.

"Den forklaring, vi kom med - som folk, der laver numeriske simuleringer, har foreslået i lang tid - er, at uanset hvad dette reservoir er med primitivt helium, det skal være rigtig tæt, så kun de varmeste, de fleste flydende faner kan trække noget af det til overfladen, " sagde Jackson. "Det giver mening, og det forklarer også, hvordan noget så gammelt kunne overleve i den kaotisk konvekerende kappe i 4,5 milliarder år. Tæthedskontrasten gør det mere sandsynligt, at det gamle heliumreservoir er bevaret i stedet for at blive blandet væk."

"Da denne korrelation mellem geokemi og seismologi nu gælder fra heliumisotoper i dette værk til de kompositioner, vi undersøgte i 2012, det ser ud til, at de overordnede geokemiske variationer i hotspots vil skulle revurderes ud fra et opdriftsperspektiv, ”Konkluderede Konter.