X射线揭开地幔化学与碳循环之谜

碳对于地球表面的生命极其重要，而弄清地球的碳含量是地质学家的要务。史密森尼国家自然历史博物馆的Elizabeth Cottrell和罗得岛大学的Katherine Kelley用X射线分析大洋中脊的火山玻璃，不但找到了测量地球碳含量的新方法，而且发现地幔与地球碳循环之间似乎有着某种关联。她们的研究发表在Science杂志上。

从地幔涌出的熔岩流温度高达1000℃～1300℃。当它们从大洋中脊火山喷出，迎头遭遇冰冷的海水和强大的压力，便会凝固形成火山玻璃。两位科学家从全球各地的海底火山收集了大量此类玻璃，将它们打磨至30～100微米的厚度，而后运用美国能源部下属布鲁克海文实验室 （BNL）国家同步辐射光源 （NSLS） 提供的X26A光束线，对其中铁原子的氧化态，也即氧化还原程度进行精确测定。

数据表明，产自不同地幔的火山玻璃，铁的氧化程度也存在着差异。Cottrell认为，这是由相关地幔的碳含量决定的。地球上90%的碳都深藏在地表下的地幔和地核中。地幔熔化，产生熔岩，岩浆上升到大洋中脊时，碳会从地球深处的铁氧化物那里“偷取”氧元素，双方结合后以碳酸根离子的形式出现在火山玻璃中。铁氧化物失氧，导致铁原子的氧化电荷发生变化，因而呈现的氧化态也不一样。所以，测定不同地区火山玻璃的铁氧化态，也就可以得知相关地幔的碳含量。

Cottrell认为，地球之所以成为一个适于生物存活的星球，地幔的铁氧化态是一个关键因素，因为铁的氧化还原程度决定了地幔熔化、火山喷发时哪些气体能进入大气层。火山喷发时散发出的是二氧化碳，还是一氧化碳，是否喷出水，或是散发出沼气，都与产生熔岩的相关地幔中铁的氧化程度有着密切的关联。