太平洋中的谜团：复活节岛的火山之谜
在广阔的太平洋深处，远离任何大陆，坐落着神秘的复活节岛。岛屿地表记录着约250万年前开始的火山活动历史，但最新的研究成果表明，这段历史可能远比我们想象的更为古老，并且在地质层面也更加复杂。
科学家们在研究火山岩中形成的坚硬矿物——锆石时，意外发现了惊人的证据，表明复活节岛地下的火山活动可能早在1.65亿年前就已经开始了。这一发现可能会彻底改变我们对地球深部构造的理解。
锆石：地球内部的隐藏时钟
当熔岩冷却时，常常会包裹住锆石等矿物。这些晶体中含有铀，铀会通过放射性衰变逐渐转化为铅。通过测量锆石中铀和铅的比例，科学家们可以准确地确定晶体的形成时间。因此，锆石常被用作时间胶囊，讲述着矿物何时何地从岩浆中凝固的故事。
2019年，由雅米尔卡·罗哈斯-阿格拉蒙特（Yamirka Rojas-Agramonte）领导的地质学家团队前往复活节岛，收集沙子和红色土壤样本。他们希望找到锆石，从而确定塑造该岛的火山喷发的年代。他们研究的火山岩应该大约有250万年的历史，因为它们位于不超过480万年的海底之上。但他们的发现却令人困惑。
数百颗锆石颗粒显示出远至1.65亿年前的年龄。这些晶体不可能在岛屿最近的火山活动中形成。然而，它们的化学成分与复活节岛现代熔岩的化学成分非常吻合。那么，它们是如何来到这里的呢？
地幔柱的悠长记忆
要回答这个问题，我们需要深入地球表面之下，进入地幔，这是地壳和地核之间的一层厚厚的炙热岩石。一些火山，如复活节岛和夏威夷的火山，并非形成于板块边界。相反，它们出现在海洋板块的中间，由上升的炙热岩石柱——地幔柱提供能量。
地幔柱可以在原地保持数百万年，而构造板块则在其上方缓慢移动。随着板块漂移，地幔柱会持续产生火山，形成一条岛屿链。这就是科学家们解释在太平洋等地区看到的火山岛链的方式。
但是，如果复活节岛的地幔柱仅在过去几百万年中活跃，那么为什么会出现可以追溯到1.65亿年前的锆石颗粒呢？罗哈斯-阿格拉蒙特和她的团队认为，答案在于很久以前在地幔深处形成的古老岩浆。随着新的火山喷发，这些较老的锆石颗粒被较年轻的岩浆带到地表。
这个想法引发了一个新的问题：这些古老的颗粒是否可能是早期火山活动的痕迹？甚至可能来自一个现已消失的火山高原？
板块重建与失落的陆地
为了探索这个问题，罗哈斯-阿格拉蒙特联系了乌得勒支大学的地质学家杜威·范·欣斯伯根（Douwe van Hinsbergen）。他研究构造板块在数亿年间的运动和变化。范·欣斯伯根使用板块重建模型来回溯地球的运动，看看1.65亿年前复活节岛下方发生了什么。
他的模型显示，在那个时候，一个大型火山高原可能在凤凰板块上形成于同一地点。大约1.1亿年前，这个高原将被推到南极半岛之下。该时间表与该地区地质中发现的一个神秘的造山阶段——被称为帕默尔陆地变形事件——完美吻合。
因此，在复活节岛上发现的这些古老锆石可能同时解决了两个地质谜团。首先，它为古代火山高原提供了新的证据。其次，它将该高原的消失与南极洲的造山运动联系起来，为人们对一个尚未被充分理解的事件提供了一个新的解释。
古老晶体与海底的“幽灵”
在年轻的火山岛上发现古老锆石的想法并非全新。在过去的几十年里，研究人员在一些意想不到的地方发现了类似的古老锆石种群，例如中洋脊以及夏威夷和加拉帕戈斯群岛等偏远的热点岛屿。这些颗粒通常被称为“异晶”，这意味着它们并非与宿主岩浆一起形成，而是从地球深层携带而来。
在加拉帕戈斯群岛，罗哈斯-阿格拉蒙特和其他研究人员此前曾发现年龄高达1.64亿年且具有非常一致的化学特征的锆石晶体。这引发了一种想法，即加拉帕戈斯地幔柱的活动时间可能比地质学家曾经认为的要长得多。现在，复活节岛提供了类似的证据。
这些“幽灵锆石”保存了详细的化学和同位素特征——与地幔来源匹配的氧和铪比率。这意味着它们可能来自与地幔柱相关的地幔熔体，而不是来自地壳物质的回收利用。
一些可能形成于被称为大规模火成岩省的巨大爆发期间，这些爆发标志着地幔柱活动的开始。在这种情况下，大约在1.6亿至1.64亿年前的一次融化脉冲可能标志着复活节热点的诞生。
令人惊讶的是，这些古老的颗粒在上地幔中存活了这么久。实验表明，锆石可以承受地幔岩石的高压和高温，而不会失去其化学指纹。这就是它能够成为深部地球过程的持久记录的原因，这些过程发生的时间远早于周围海洋底部的存在。
重新思考地幔的运动
这一发现也对地质学中一个长期存在的观点提出了质疑：地球的地幔像传送带一样运动，与上方的板块一起流动。如果复活节岛地幔柱周围的地幔真的与板块同步运动，那么这些古老的锆石早就应该被冲走了。但它们并没有。
范·欣斯伯根解释说，古老的锆石能够直接留在复活节岛下方的唯一途径是，周围的地幔几乎没有移动。换句话说，地幔不仅仅是随着板块拖动。相反，至少在某些地方，它可能比我们想象的更稳定。
这支持了一种理论，即地幔柱和周围的岩石圈下地幔（这些晶体在其中存在了数千万年）可以比预期的时间更长地保持在原位。这也与来自加拉帕戈斯群岛和新几内亚的类似发现相吻合，其他研究在那里发现了似乎违背标准地幔流动模型的古老锆石。
地球历史的新篇章
最初只是一个偏远太平洋岛屿上的简单锆石测年项目，现在已经变成了一个具有全球意义的故事。从复活节岛的海滩和土壤中收集的颗粒不仅仅是最近喷发的残余物。它们是恐龙漫游地球且大陆面貌完全不同的时代的遗物。
这些发现挑战了关于地球内部如何运作的旧观念。它们暗示地幔不像教科书经常描述的那样具有流动性和均匀性。相反，隐藏在其中的可能是长期的口袋，保留着古代火山活动的痕迹——现在可以用正确的工具和一点运气来揭开这些口袋。
锆石矿物曾经被忽视，只是简单的年龄标记，现在被视为强大的线索。它们可以帮助追踪地球的深时火山历史，将地表地质与消失的构造板块联系起来，甚至可以重塑我们对地幔动力学的理解。复活节岛，长期以来因其石像而闻名，现在提供了另一种遗产——一种埋藏在你脚下沙土中的遗产。
研究结果已在线发表在 ESS Open Archive 期刊上。
