來(lái)源：Nature自然科研
金伯利巖是起源于地幔深處的火山巖，但其來(lái)源的性質(zhì)尚無(wú)法確定。一項(xiàng)對(duì)其來(lái)源演變橫跨20億年的研究或能提供這方面的寶貴信息。
被稱(chēng)為金伯利巖的稀有火山巖是由源自地幔的巖漿噴發(fā)到地球表面形成的。從這些巖石上能看出猛烈噴發(fā)的痕跡，其化學(xué)和礦物成分也有別于地球上其他巖漿巖。尤其是有些金伯利巖包含厘米級(jí)大小的稀有礦物晶體，如石榴石、鋯石，以及最著名的金剛石。此外，它們含有異常大量的互不相容的微量元素，這些元素會(huì)優(yōu)先進(jìn)入由地幔融化而成的巖漿。
這些奇異特征使人們對(duì)金伯利巖源的性質(zhì)及其在地幔中的位置提出了疑問(wèn)。Woodhead等人1在《自然》中發(fā)文稱(chēng)，所有金伯利巖都來(lái)自同一個(gè)較深的儲(chǔ)層，該儲(chǔ)層在地球的大部分歷史中都得以幸存。
科學(xué)家已經(jīng)就金伯利巖形成的多個(gè)方面達(dá)成了普遍共識(shí)。首先，金伯利巖巖漿必定富含水和二氧化碳，只有這樣才能解釋它的猛烈噴發(fā)以及相關(guān)角礫巖筒的存在——角礫巖筒是一種可以從地表向下延伸一公里以上的圓錐或管狀結(jié)構(gòu)。
其次，部分金伯利巖只能在地幔極深處形成，因?yàn)榻鸩麕r金剛石中夾雜著地球表面無(wú)法穩(wěn)定存在的礦物成分。這些礦物包括鐵尖晶橄欖石2和布氏巖3。其中，鐵尖晶橄欖石只能穩(wěn)定存在于上地幔和下地幔之間過(guò)渡帶（深度410-660千米處），而布氏巖則是下地幔的主要礦物。
第三，金伯利巖除了含有上拱巖漿結(jié)晶而來(lái)的礦物，還包含從金伯利巖源頭快速上拱過(guò)程中從周?chē)镔|(zhì)中采集的礦物和捕虜巖（巖石碎片）（見(jiàn)圖1）。有些礦物來(lái)自地幔深處，例如含有鐵尖晶橄欖石成分的金剛石；有些來(lái)自地幔較淺處，還有的來(lái)自于地殼。
圖1| 西格陵蘭的金伯利巖截面圖。Woodhead等人1 提出，名為金伯利巖的火山巖起源于地幔深處一個(gè)儲(chǔ)層，該儲(chǔ)層在地球的大部分歷史中得以幸存。該圖像使用偏振光拍攝，顯示了這些巖石中含有多樣且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的礦物（例如金剛石、石榴石和鋯石）。比例尺，2毫米。
但是，關(guān)于金伯利巖在地幔中的確切來(lái)源，乃至更重要的——這種源區(qū)的性質(zhì)，研究人員尚未達(dá)成共識(shí)。金伯利巖可能是一種相當(dāng)原始的物質(zhì)，自地球形成后不久就一直存在于地幔深處。又或者，金伯利巖可能是曾經(jīng)位于地表或地表附近的某種物質(zhì)，后來(lái)循環(huán)進(jìn)入了深層地幔。兩種解釋都有相關(guān)文獻(xiàn)4，而這兩種來(lái)源說(shuō)同時(shí)成立的論據(jù)也很充分，因?yàn)榇嬖趦深?lèi)礦物學(xué)和地球化學(xué)特征迥異的金伯利巖。
第一類(lèi)金伯利巖的礦物通常是指原型金伯利巖，由鍶和釹同位素組成，與原始地幔的組成相似。第二類(lèi)金伯利巖的礦物通常被稱(chēng)為桔河巖，其鍶和釹的同位素含量更為豐富，類(lèi)似于大陸地殼的組成4。桔河巖中鍶和釹的同位素豐富一般被認(rèn)為是巖漿在上拱過(guò)程中與大陸地殼或地幔最上層固體部分相互作用的結(jié)果，可能無(wú)法代表金伯利巖來(lái)源的組分。
Woodhead和同事編制了最新獲得和之前發(fā)表的原型金伯利巖的釹和鉿的同位素?cái)?shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)涵蓋了各個(gè)年代的金伯利巖，從不到2億年到20億年不等。作者表明，在這一長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)，大部分金伯利巖來(lái)源地的同位素組成似乎與原始地幔更為接近。這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步限定了金伯利巖來(lái)源的性質(zhì)，原始儲(chǔ)層說(shuō)也更有說(shuō)服力，即金伯利巖來(lái)自地幔深處幾乎未受擾動(dòng)的儲(chǔ)層。
在火山巖中發(fā)現(xiàn)原始物質(zhì)的痕跡進(jìn)一步驗(yàn)證了深部地幔這一部分一直與周?chē)h(huán)境保持隔離的看法。發(fā)現(xiàn)的原始物質(zhì)被稱(chēng)為洋島玄武巖，可能起源于常見(jiàn)于核幔邊界的地震異常區(qū)5，6。對(duì)許多其他類(lèi)型的巖石也有原始來(lái)源一說(shuō)，如花崗巖7。這一來(lái)源位于地球深處也進(jìn)一步佐證了金伯利巖具有原始來(lái)源的觀(guān)點(diǎn)。
對(duì)于其他類(lèi)型的巖石，在巖石來(lái)源中發(fā)現(xiàn)循環(huán)地殼或能解釋為何它們具有接近原始同位素的組成。Woodhead等人駁斥了金伯利巖巖層來(lái)源于此的可能，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為在過(guò)去20億年的歷史記錄中，來(lái)自循環(huán)洋殼的成分理應(yīng)是恒定的。此外，他們認(rèn)為，某些金伯利巖金剛石中存在較高的氦比值（氦-3與氦-4比）表明了其來(lái)源很深，靠近核幔邊界。
作者的解釋可能是正確的，但是將這一模型應(yīng)用于所有金伯利巖之前，還需要對(duì)一些獨(dú)立的觀(guān)察進(jìn)行核對(duì)。例如，金伯利巖金剛石中的硫-33含量異常，表明該來(lái)源含有25億年前的地表物質(zhì)——當(dāng)時(shí)的地球大氣尚未被氧化8。但為何這種循環(huán)物質(zhì)能與來(lái)源中的其他物質(zhì)共存尚不清楚。
另一個(gè)潛在問(wèn)題是高氦比值與金剛石中放射性衰變產(chǎn)生的同位素之間的未知關(guān)系。一些金剛石的氦比值低，鍶和鉛的同位素組成與地殼的相似。但是，對(duì)于先前分析的具有高氦比的金剛石，尚缺乏鍶和鉛的同位素?cái)?shù)據(jù)9。因而，如此高的比值是否可以追溯到原始的深層來(lái)源尚未可知。
最后，雖然金伯利巖金剛石是在上拱過(guò)程中從地幔中噴射而出，但它們提供的信息可能與金伯利巖的確切來(lái)源毫無(wú)關(guān)系。為了確認(rèn)金伯利巖具有原始深層起源，我們還要證明金伯利巖的巖漿本身具有高氦比等原始性特征，或具有能代表巖漿與地核相互作用的鎢同位素異常等。還有很多工作在等著我們。
