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『月影沙丘的故事』自地球形成以来，地幔中的氮变异可能已经存在


一种识别火山岩样品大气污染的方法揭示了地幔中氮同位素组成的变化 ， 并提供了地球内部该元素起源的更清晰视图 。
【『月影沙丘的故事』自地球形成以来，地幔中的氮变异可能已经存在】地球上富氮的大气有助于我们生活和呼吸的宜人的表面环境 ， 但很难确定其他任何物质的氮同位素组成 。 从地幔中提取的样品普遍受到大气污染 ， 这对调查深层中的挥发性物种（例如氮气和稀有气体）的起源和运输的任何人构成了巨大的挑战 。 在《自然》杂志的一篇论文中 ， 拉比迪等人 。 1个报告称 ， 他们已经使用“聚集同位素”方法来识别火山岩气中的未污染地幔氮和火山岩样品中捕获的气体 。 未污染氮中同位素的相对丰度在不同位置的样品之间有所不同 。 作者认为 ， 这些差异源自地球的形成 ， 并且在与地幔对流有关的混合过程中幸存了大约45亿年 。

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阅读论文：热液15N15N的丰度限制了地幔氮的起源
有两种稳定的氮的同位素 ， 14 N和15 N ， 和它们的相对丰度被表示为δ 15个 N个值-每千个偏差的部件15 N / 14从一个标准值N比 。 地幔衍生样品的氮同位素组成可以提供广泛的见解 ， 从混合行星结构块到形成过程中将挥发性物质带入地球2 ， 到大气氮通过下沉到地幔中的运输 。 随着时间的推移构造板块3 。
除了样品中14 N和15 N 的比例外 ， 同位素在分子之间的分布方式也提供了信息 。 同位素分子是具有组成元素的同位素的特定组合的分子 。 例如 ， 双原子氮分子（N 2占大气体积的约78％）可以掺入14 N或15 N ， 产生三种可能的同位素：14 N 14 N ， 14 N 15 N和15 N 15N 。 因为绝大多数的氮是14 N ， 所以最常见的同位素14 ? 14的单个N.换人15 N代表14 N是少见; 双取代的同位素（15 N 15 N）更为罕见 。 N 2分子之间14 N和15 N的随机分布会产生这三种同位素异源体的特定混合物 。 与预期的15 N 15 N 比例的任何偏差都被描述为聚集同位素异常 。
地球大气中的N 2表现出很好的分辨出的聚集同位素异常4 ， 而Labidi 等人 。 使用此签名来识别大气中的火山气体污染 。 作者通过分析从中洋洋脊玄武岩的异常富气样品中释放的氮来确定地幔N 2没有团簇同位素异常 ， 从而证实了岩浆气体在N 2中具有同位素随机分布的期望同位素 。 利用这些信息 ， 作者检查了从美国 ， 冰岛和其他火山地区的黄石国家公园采样的热液气体中的氮同位素组成 。 他们在明显显示出不同程度的大气污染趋势的位置上确定了地幔的氮同位素组成 。

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微量营养素的指纹
在以前的研究3 ， 5在幔源气体的氮 ， 测定氮气和稀有气体组成中的系统变化中试图确定大气污染 ， 但矛盾签名有时观察到-一些度量表示 ， 有污染 ， 而另一些建议有没有 。 Labidi及其同事表明 ， 实际上可能由于氮气和稀有气体之间的关系而被解释为地幔成分的数据实际上受到大气N 2污染的影响 。
他们的研究还表明 ， δ 15个 ?变化在大气氮产生2 ， 因为它循环通过热液系统 。 但是 ， 在14 N和15 N 的整体比例中产生这种变化的过程不会在同位素之间再分配同位素 ， 因此可以保留大气的团簇同位素异常-这意味着任何污染仍然可以识别 。 如果正透过丛状的同位素透镜看 ， 则大气中的N 2不会隐藏 。
作者的分析方法的一个重要特征是 ， 无需测量纯净 ， 未污染的岩浆气体来估算地幔成分 。 即使多个大气污染物存在 ， 在数据混合的趋势的证据可以被用来识别地幔δ 15火山气体 ， 这已没有结块同位素异常的N值 。 Labidi 等 。 报告地幔δ 15 N值的潜在的深层次6 ， 7黄石地幔柱与海洋中脊玄武岩所确定的地幔柱不同 。 由于消除了大气污染的不确定性 ， 地幔中的氮同位素变化可以解释为地球形成 ， 分化成不同的层以及深部地球和地表由于板块构造而长期共同演化的结果（图1） 。


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