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中國科學技術大學特任教授鄧正賓同丹麥哥本哈根大學以及多個國際研究機構的合作者，成功開發出鈦穩定同位素組成的超高精度測量方法，應用地幔來源火成巖的鈦同位素記錄，揭示地球地幔運轉模式是呈階段性演變的，現代板塊構造體制下接近全地幔對流的模式只是地球演化近期的過渡狀態。日前，相關研究成果在線發表于《自然》。
地球化學研究發現，現代深部地幔保留了地球形成早期的稀有氣體或短半衰期放射性核素的同位素記錄，意味著下地幔存在原始物質的儲庫。但是，地震層析成像研究發現，俯沖板片可進入下地幔，這意味著現今上、下地幔存在大量物質交換，現有交換速率下地球早期形成的儲庫應難以在漫長地質歷史中得到保留，與地球化學研究所得結論相對立。
鈦穩定同位素是用于示蹤地殼-地幔物質交換的良好工具。這主要是因為鈦作為一種難熔元素，在變質和水巖作用過程中不易發生遷移。
研究團隊采用最新一代多接收等離子體質譜儀，自主開發超高精度鈦穩定同位素分析技術，將已有鈦穩定同位素分析方法的分析精度提高了3至4倍，用于限定自然樣品中微小的分餾信號。利用新分析方法，研究人員對24件球粒隕石樣品的鈦同位素進行標定，確定全硅酸鹽地球的鈦穩定同位素組成與現在的上地幔存在顯著差別。在此基礎上，他們對比研究了全球不同地質年代的地幔來源火成巖，發現以上差別主要形成于35億年前到27億年前之間，來源更深的現代洋島玄武巖具有更接近全硅酸鹽地球的組成特征。
結合已有大陸地殼生長模型，該變化很可能反映：太古代時期，地球上、下地幔的物質交流處于受限狀態；該格局在現代已被打破，現代洋島玄武巖的記錄反映了現代地球內部原始地幔儲庫仍存在，但正在逐步被瓦解。
該研究發現地球地幔的運轉模式并非一成不變：現代深俯沖板片可以進入下地幔以及接近全地幔對流的格局只是地球演化近期的過渡狀態，不完全代表地球早期的動力學特征。（記者王敏）
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