不起眼的矿物正在彻底改变我们对教科书的理解。复活节岛由几座死火山组成。

最古老的熔岩沉积物形成于大约 250 万年前，位于比火山本身年龄大不了多少的大洋板块之上。 2019 年，一个由古巴和哥伦比亚地质学家组成的团队前往复活节岛，以准确测定这座火山岛的年代。 为此，他们采用了一种屡试不爽的方法：测定矿物的年代。 岩浆冷却时，这些矿物会结晶。 它们含有一点铀，通过放射性衰变"变成"铅。



地质学家在复活节岛研究火山锆石矿物时，意外地发现了古老的样本，这表明地球地幔的行为与之前认为的不同。 这一发现挑战了长期以来的"传送带"理论，表明地幔可能比人们认为的更加静止，从而保存了古老的物质。因为我们知道这个过程发生的速度，所以我们可以测量出这些矿物形成的时间。 因此，由古巴地质学家 Yamirka Rojas-Agramonte 带领的哥伦比亚洛斯安第斯大学团队开始寻找这些矿物。 罗哈斯-阿格拉芒特目前在基尔基督教阿尔布雷希茨大学工作，他发现了数百种这种矿物。 但令人惊讶的是，它们不仅来自 250 万年前，而且来自更久远的年代，最远可追溯到 1.65 亿年前。 怎么会这样呢？

对锆石的化学分析显示，它们的成分在所有情况下都大致相同。 因此，它们都必须来自与今天的火山成分相同的岩浆。


复活节岛地下的地幔羽流力学。 图片来源：Douwe van Hinsbergen

然而，这些火山不可能活跃了 1.65 亿年，因为它们下面的板块甚至没有那么古老。 那么唯一的解释就是，这些古老的矿物质起源于火山活动的源头，即板块下方的地幔中，远在今天的火山形成之前。 但这又给研究小组带来了另一个难题。

复活节岛上的火山属于所谓的"热点火山"。 这些火山常见于太平洋；夏威夷就是一个著名的例子。 它们是由从地幔深处缓慢上升的大块岩石形成的，即所谓的地幔羽流。

当它们接近地球板块底部时，地幔羽流和周围地幔的岩石就会熔化，形成火山。 自 20 世纪 60 年代以来，科学家们就已经知道，当地球板块在地幔柱上移动时，地幔柱会在原地停留很长一段时间。 每当板块移动一点，地幔羽流就会产生一座新的火山。

这就解释了为什么太平洋上有一排排死火山，最后才有一座或几座活火山。 研究小组是否发现了复活节岛下的地幔羽流已经活跃了 1.65 亿年的证据？

为了回答这个问题，罗哈斯-阿格拉芒特需要从"火环"的地质学中找到证据。"火环"是一个地震和火山活动频繁的海洋区域，在这里，大洋板块向地幔倾斜（"俯冲"）。 于是，她联系了乌特勒支地质学家杜韦-范辛斯伯根（Douwe van Hinsbergen）。

范-欣斯伯根说："困难在于，1.65 亿年前的板块早已在这些俯冲带消失了。"他对消失的板块进行了详细的重建。 当他在 1.65 亿年前现今复活节岛所在地的那些重建中加入一个大型火山高原时，发现那个高原一定是在大约 1.1 亿年前消失在南极半岛之下的。


复活节岛上的雕像。 图片来源：Douwe van Hinsbergen

而这恰好与该地点一个鲜为人知的造山和地壳变形阶段相吻合。 该山脉的痕迹仍然清晰可见，很可能是1.65亿年前形成的火山高原俯冲的结果。因此，重建结果表明，复活节岛地幔羽流很可能活跃了那么久。 这就解开了复活节岛的地质之谜：古老的锆石矿物将是早期岩浆的残留物，它们与火山喷发中较年轻的岩浆一起，从地球深处被带到地表。

但是，另一个问题出现了。 经典的'传送带理论'已经很难与地幔羽流停留在原地，而周围的一切都在继续运动的观测结果相协调。

Van Hinsbergen："人们对此的解释是，地幔羽流上升得太快，以至于它们不受随板块移动的地幔的影响。 而且板块下不断有新的羽状物质形成新的火山。但在这种情况下，旧的羽流碎屑和旧的锆石应该已经被这些地幔流带走，远离了复活节岛的位置，现在不可能出现在地表。由此，我们得出结论，只有当羽流周围的地幔基本上和羽流本身一样静止不动时，这些古老的矿物才有可能被保存下来。"

因此，复活节岛上古代矿物的发现表明，地球地幔的行为与人们一直认为的有本质区别，其移动速度要慢得多；罗哈斯-阿格拉芒特和范欣斯伯根及其团队几年前在对加拉帕戈斯群岛和新几内亚的研究中就提出了这种可能性，复活节岛现在为这种可能性提供了新的线索。

编译自/SciTechDaily