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由最热的地幔柱携带的原始氦

自然体积542，页面340 - 343 (2017）引用本文

主题

摘要

氦同位素提供了一个重要的工具来追踪早期地球，在地球内部幸存下来的原始储层1，2，3.．火山热点熔岩，就像那些在夏威夷和冰岛爆发的火山，可以容纳罕见的，高3.他/4氦同位素比值(高达50倍4当前大气比，Ra)较低3.他/4在海中脊玄武岩中发现了He比值，这些玄武岩是由融化上地幔形成的(约8Ra;ref。5)．一个长期存在的假设认为，高3.他/4他的领地在地幔深处6，7，8在海中脊玄武岩取样的上地幔之下，从地幔深处浮力上涌的羽状物向高空运输3.他/4他将物质注入了羽流供养热点下的浅地幔。这个假设的一个问题是，尽管一些热点地区已经3.他/4他的值从低到高，其他热点只显示低3.他/4他的比率。在这里，我们表明，在热点中，建议覆盖地幔柱9，10，即最大值最高的那些3.他/4He比值具有较高的热点浮力通量和上地幔地震低速异常覆盖区域11，不同于只有较低最大值的羽流馈电热点3.他/4他的比率。我们解释之间的关系3.他/4他认为，热点浮力通量和上地幔横波速度意味着热羽——在200公里深处表现出地震低速异常——更有浮力，并夹带着两者3.他/4他和低——3.他/4他的材料。相比之下，较冷、浮力较弱的羽状物不会携带这种高3.他/4他的材料。这可以解释，如果高3.他/4He畴比low畴密度大3.他/4地幔成分以羽状形式存在，如果高度较高3.他/4只有最热、浮力最强的地幔柱才能将物质从地幔深处带走12．如此致密，深地幔高3.他/4该区域可以与对流地幔保持隔离13，14，这可能有助于解释早冥古宙(> 45亿年前)岩浆取样中地球化学异常的保存1，2，3.．

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图1:最大值3.他/4他在38个热点上按最大值递减顺序排列3.他/4他。
图2:显示最大值的地图3.他/4他重视全球热点。
图3:最大值3.他/4他对羽流供给热点的数值与200公里处的地震横波速度异常和热点浮力通量进行了比较。

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下载参考

确认

R. G. Blotkamp启发并指导了基本发展。我们感谢C. Dalton, M. Edwards, S. Grand, S. Halldórsson, C. Ji, M. Manga, A. McNamara, A. Reinhard, J. Ritsema, B. Romanowicz, R. Rudnick, F. Spera, T. Tanimoto, P. van Keken, C. Williams和Q. Williams的讨论。2016年加州大学圣巴巴拉分校的CIDER项目被公认为提供了一个跨学科合作的场所。D. Graham和S. King的建设性意见改进了手稿。m.g.j感谢NSF对这项研究的资助(EAR-1347377和EAR-1624840)。T.W.B.得到EAR-1460479和EAR-1338329拨款的部分支持，而J.G.K.则得到了OCE-1538121拨款的支持。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 加州大学圣巴巴拉分校地球科学系，美国加州圣巴巴拉93106-9630

    杰克逊

  2. 夏威夷大学海洋与地球科学与技术学院地质与地球物理系，马诺阿，美国夏威夷檀香山东西路1680号，96822

    j·g·康特

  3. 德克萨斯大学奥斯汀分校杰克逊地球科学学院，1大学站，C1160，奥斯汀，78712-0254，美国德克萨斯州

    t。w。贝克

作者
  1. 杰克逊
    查看作者出版物

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  2. j·g·康特
    查看作者出版物

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  3. t。w。贝克
    查看作者出版物

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贡献

所有作者对这份手稿的贡献相同。

相应的作者

对应到杰克逊．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

额外的信息

审核人信息自然感谢D. Graham和S. King对这项工作的同行评审所作的贡献。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1显示最大值的地图3.他/4他关注全球热点。

最大值的大小3.他/4他对羽流馈送(红圈)和非羽流馈送(青色菱形)热点进行了数值计算，并根据符号的大小进行缩放(参见补充表1)．刻度表示符号的大小如何随大小的变化而变化3.他/4他计算了5Ra、15Ra和25Ra的增量作为例子。参见该图的源数据补充表1，该网站引用了裁判的意见4，9，10，19，20.，24，31，32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，45，47，48，49，50，51，52，53，55，57，58，69，72，73，74，75，76，77，78，79，80，81，82，83，84，85，86，87，88，89，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，One hundred.，101，102，103，104，105，106．热点地区图1(见补充表1)则以橙色符号表示。用三种不同的方法来确定一个热点是否与羽流有关:F&R羽流目录9(上图)，Boschi-1羽流目录10使用SMEAN25(中间面板)，以及Boschi-2羽流目录10它使用了五种不同的地震模型(底部面板)。根据地震异常(δv)为SMEAN2地震模型的200公里。三个面板使用相同的3.他/4数据库(见图1而且补充表1)．中间的面板也显示为图3．

扩展数据图2最大值3.他/4他在热点地区与200公里处的地震速度异常进行了比较。

数据来自几个全球地震模型(smen2, GyPSum-S64, S40RTS63, SAVANI65, SEMUCB-WM19和SMEAN25)及参考文献提供的三种羽流分类方案9而且10．参见该图的源数据补充表1，该网站引用了裁判的意见4，9，10，19，20.，24，31，32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，45，47，48，49，50，51，52，53，55，57，58，69，72，73，74，75，76，77，78，79，80，81，82，83，84，85，86，87，88，89，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，One hundred.，101，102，103，104，105，106．皮尔森酒店(r)及斯皮尔曼职级(r年代)图中提供了相关系数，这些系数是根据有羽流供养的热点(红色符号)、非羽流供养的热点(蓝色符号)和所有热点(红色和蓝色符号)的个别观测结果计算得出的;方框中的文本仅提供了羽流馈电热点(红色文本)、非羽流馈电热点(蓝色文本)和所有热点(黑色文本)的相关系数信息。斯皮尔曼相关系数在非线性关系存在时提供了更可靠的相关估计，但结果为r而且r年代基本一致。为了评估相关性的实际统计相关性，1σ提供了不确定性(使用自举法计算)，以及相关系数的显著性水平;这Pvalue(括号中，以百分比表示)是用Student 's计算的t假设数据为正态分布。在每个面板中，羽流的存在与否取决于所使用的羽流目录图1而且补充表1):左边的图板使用F&R羽流目录9（图1）;中间的面板使用Boschi-1羽流目录10，由SMEAN模型导出的归一化垂直范围值NVE≥0.5 (图1）;右边的面板使用了Boschi-2羽流目录10，计算方法是根据五种不同的地震模型(图1)，并将羽流定义为NVE≥0.5。Boschi-1、Boschi-2和F&R羽流目录的样本量如下:n= 23根羽毛，n= 9个非羽状)，Boschi-2 (n= 21羽，n= 11个非羽状)，F&R (n= 27根羽毛，n= 11个非羽状)。所有面板使用相同的3.他/4数据库(见补充表1)．面板显示了Boschi-1和-2羽流目录在200公里处的SMEAN2地震异常10也显示为图3．

扩展数据图3最大值3.他/4他研究了热点和热点浮力通量。

相关值和烟羽选择扩展数据图2．参见该图的源数据补充表1，该网站引用了裁判的意见4，9，10，19，20.，24，31，32，33，34，35，36，37，38，39，40，41，42，45，47，48，49，50，51，52，53，55，57，58，69，72，73，74，75，76，77，78，79，80，81，82，83，84，85，86，87，88，89，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，One hundred.，101，102，103，104，105，106．热点浮力通量模型来自文献。24，包括“几何”热点浮力通量、“MiFil面积”浮力通量和“MiFil体积”浮力通量。由于马努斯盆地地区没有热点浮力通量，Boschi-1、Boschi-2和F&R羽流目录的样本量如下:n= 23根羽毛，n= 9个非羽状)，Boschi-2 (n= 21羽，n= 11个非羽状)，F&R (n= 26根羽毛，n= 11个非羽状)。显示Boschi-1和-2羽流目录的MiFil体积热点浮力通量的面板10也显示在图3．

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引用本文

杰克逊，M，康特，J. &贝克尔，T.由最热的地幔柱夹带的原始氦。自然542， 340-343(2017)。https://doi.org/10.1038/nature21023

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