教育新闻网佛罗里达州立大学地球，海洋和大气科学系的地质学家发现了地球上地幔中富含碳的熔融岩石如何影响地震波的运动。
这项新研究是由EOAS地质学副教授Mainak Mookherjee和博士后研究员Suraj Bajgain共同撰写的。这项研究的结果发表在《美国国家科学院院刊》上。
穆克吉说：“这项研究非常重要，因为碳是行星宜居性的关键组成部分，我们正在大步了解固体地球如何在存储和影响地球表面碳的可利用性方面发挥作用。” 。“我们的研究使我们对这些岩石的弹性，密度和可压缩性及其在地球碳循环中的作用有了更好的理解。”
碳是生命的主要组成部分之一，广泛分布在地球的上地幔中，大部分以碳酸盐矿物的形式存储，作为地幔岩石中的辅助矿物。当富含碳酸盐的岩浆在表面喷发时，其独特的泥状外观便引人注目。这些类型的喷发发生在世界各地的特定位置，例如坦桑尼亚的Ol Doinyo Lengai火山。
专家认为，岩石中碳酸盐的存在会大大降低碳酸盐融化的温度。通过称为俯冲的过程沉入地球内部的碳酸盐可能导致地球上地幔岩石的这种低度融化，这在行星的深层碳循环中起着重要作用。
穆克吉说：“地球的地幔在增加的深度处具有较少的游离氧。” “随着地幔对流过程中地幔上升，在较深的深度处被还原或氧气较少的缓慢运动的岩石在较浅的深度处逐渐被氧化。地幔中的碳很可能在较深的深度被还原。地幔上升时，地球被氧化。”
这种与深度有关的氧化态的变化可能会导致地幔岩石融化，这一过程称为氧化还原融化，可能会产生富含碳的熔融岩石，也称为熔体。他说，这些熔体可能会影响岩石的物理性质，可以使用诸如地震波之类的地球物理探针进行检测。
在进行这项研究之前，地质学家对这些碳酸盐诱导的部分熔体的弹性性质了解甚少，这使其很难直接检测出来。
地质学家用来更好地理解其科学的一组线索是地震波在穿过地球各层时的测量。一种称为压缩波的地震波要快于另一种称为剪切波的地震波，但在距地球约180至330公里的深度处，它们的速度之比甚至比典型的还要高。
Mookherjee说：“压缩波与剪切波之比的升高是一个难题，利用我们的研究结果，我们能够解释这一令人困惑的观察结果。”
研究人员解释说，少量的富含碳的熔体(约占0.05%)可能遍及地球深处的上地幔，这可能导致压缩声速与剪切声速之比升高。
为了进行这项研究，研究人员对碳酸盐矿物白云岩的岩心进行了高压超声测量和密度测量。这些实验辅以理论模拟，以提供对碳酸盐熔体基本物理性质的新理解。
Bajgain说：“我们一直在试图了解水性流体的弹性和传输特性，硅酸盐熔体和金属熔体的特性，以便更好地了解深层固体土中存储的挥发物的质量。”
这些发现意味着，地幔中部分熔融的岩石可以容纳多达百万分之八十至一百四十的碳，这在上地幔深部区域将为二十至三千六百万吉比特的碳，使其成为一个重要的碳储库。相比之下，地球大气中的碳含量刚好超过410 ppm，即约870吉吨。
