撰稿：白小白，编辑：徐德文
我们知道，地壳和地幔之间通过板块运动不断交换物质，板块俯冲进入地幔，地幔物质又通过火山回到地表；在广袤无际的大海底部，地壳就更年轻了，来自地幔的岩浆通过中洋脊涌出，推动地壳快速回到地幔里——通常不会超过2亿年，新的海底地壳就会轮回到暗无天日的地幔里自怨自艾。那么，地球深处地地幔和地核之间又有没有物质交换呢？
数十年来科学家们对此一直争论不休。由于地核远在2900公里的地球深处，科学家们不方便，更主要是依靠目前的技术，还没能耐派出什么探测器抵达这个深度一探地核的秘密，所以无论是普通人还是科学家，虽然对地核都充满无以言表的向往，却一直不得入门之法而深感惆怅。
不过最近，来自卡尔顿大学地球科学系的一项新研究，却找到了巧妙探测地核与地幔是否存在物质交换的办法。研究表明，在过去的25亿年里，我们的地球内核一直在向外泄漏物质，这些物质确实通过某种机制转移到了地幔底部，进而到达地表。
当然，科学家们并没有采用简单粗暴的方式，向地下打孔以直抵地核，这既不现实也不科学，甚至算作科幻都很勉强，估计连张飞李逵鲁智深也不屑为之。卡尔顿大学的哈尼卡·里佐（H.Rizo）博士，以及她的研究团队以地球内部的金属元素钨（W）作为突破口，揭开了地核与地幔悄悄传送物质的秘密。
我们知道，地核的成分主要是铁镍，以及溶解在其中的钨、铂、金等元素。其中钨的两种同位素182W和184W，科学家们认为可以用作示踪剂来跟踪地核成分的移动。因为在原始地球分异成地核和地幔的时候，亲铁元素钨一心投奔了地核，而亲岩元素铪则留在地幔中。由于铪的同位素182Hf会衰变成182W，而其半衰期仅890万年，这就意味着经过漫长的地质年代，地幔中的182Hf会全部衰变成182W，导致地幔中W182的含量显着升高。
科学家们可以通过比较地幔中W182和W184的比例来确定是否有地核物质泄漏到了地幔中：如果没有交换，地幔中的W182/W184同位素比例不会发生变化；如果有交换，则地核中的W182和W184来到地幔中后，会导致W182/W184的比值减小。那么到哪里去寻找W182/W184的比值数据呢？
这就是本文开头提到的火山运动，科学家们利用印度洋西部留尼汪岛、南部凯尔盖朗群岛的火山岩，夏威夷的玄武岩以及西澳大利亚皮尔巴拉克拉通的太古宙岩石，对来自地球不同历史时期地幔物质中的W182/W184比值进行了分析。结果表明，从地球诞生后43亿年到27亿年前，很少甚至根本没有物质从地核渗透到地幔；而在之后的25亿年里，地幔的钨同位素比例却发生了明显的变化。研究人员推断，大约在26亿年前的太古宙末期，由于地球板块运动而触发了地幔中的对流，导致钨从地核泄漏到了地幔里。
那么这些钨元素是如何泄漏出来的呢？研究发现，地幔柱从地核与地幔的边界升起，地球表面的岩石则在板块俯冲作用下进入地幔，这个过程像是一个跷跷板，地表的富氧物质会被带入地幔深层，导致地核与地幔边界处氧气浓度增加，迫使钨从地核中分离出来进入地幔之中；或者，地球内核的固化也会增加外核的氧浓度，让钨从外核中泄露出去，这样的情况或许可以告诉我们更多地核演变的信息，甚至揭开地球磁场何时形成的秘密。
这项研究发表在上月的《Geochemical Perspectives Letters》期刊上。
来源：徐德文5分钟科学频道
