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闪电化石暗藏古气候线索

      科技  发布时间:2021-1-4 00:23

闪电在加利福尼亚沙斯塔火山顶峰留下了疤痕。图片来源:CASTRO等

  击中山顶的一道闪电可以瞬间熔化岩石,留下一道狭窄的玻璃状伤疤,名为闪电熔石。现在,研究人员已经证明这些电击化石是记录时间流逝的地质时钟。这项技术为地质学家提供了一种追溯数万年前雷暴的方法,也为他们了解古代气候模式打开了一扇窗。

  “这是一种非常有趣和独创的方法。”未参与该研究的墨西哥大学城国立自治大学化学家Rafael Navarro González说。

  德国美因茨约翰内斯古腾堡大学火山学家Jonathan Castro说,当暴露在自然环境中时,闪电熔石这样的玻璃能缓慢而稳定地吸收水分。过去,研究人员曾试图测量古老玻璃(如黑曜石)外层的水含量,以确定它们暴露在水中的时间。然而,这种方法并不完善。

  部分问题在于,这种玻璃多来自火山,并且在它们被锻造的时候就已经包含了水。这些水会干扰对新吸水量的测量。但Castro认为,在闪电熔石中,雷击可能会蒸发所有残余的内部水分。

  为了进行研究,研究人员首先制造了人造闪电熔石。他们用电焊机轰击了火山岩的核心,将温度提高到1万摄氏度。这使样品表面大部分的水分被蒸发掉。这就意味着,在闪电产生的那一刻,就会创造一个闪电熔石。

  美国南佛罗里达大学地球化学家Matthew Pasek说,研究首次表明,在雷击期间,水的含量完全下降了,留下了一个干净的表面,环境中的水可以在那里积累。

  接下来,研究人员试图将这种年代测定系统应用于天然闪电熔石。他们爬上俄勒冈州的火山顶峰,敲出闪亮的黑色样本。Castro说,与周围的岩石相比,这些玻璃状岩石“轮廓鲜明”。

  研究人员仔细观察了闪电熔石的表面,发现岩石深处的水分含量更高,随之急剧下降。Castro说,这些水分剖面分布得非常“精确”,很适合确定时间。科学家用计算机模型校准了时钟,以计算出什么湿度吸收率最能解释样本中看到的剖面。

  他们发现一些闪电熔石,以及形成它的雷暴已有数百年的历史。Castro及同事近日在《地球与行星科学快报》上报道说,更重要的是,该方法可以确定这些岩石的年代——其准确率在几十年或几个世纪之内。这比依赖宇宙射线撞击岩石的技术测年提供了更清晰的时间分辨率。研究小组认为,新方法还可以揭示山顶何时易受闪电轰击。

  例如,闪电熔石可以显示冰河时代冰川开始消退的时间。地质学家已经知道了地点:堆积如山的岩屑记录着前进冰川的最远推力。在山区,这些冰碛石应该包括闪电熔石。Castro说,通过确定它们的年代,科学家可以确定冰川消退的时间,这有助于重建过去的气候趋势。“它们将是预测冰碛石年龄的一种非常有力的方法。” (唐一尘)

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