一種識別火山巖樣品大氣污染的方法揭示了地幔中氮同位素組成的變化侧戴，并提供了地球內部該元素起源的更清晰視圖宁昭。

地球上富氮的大氣有助于我們生活和呼吸的宜人的表面環(huán)境，但很難確定其他任何物質的氮同位素組成酗宋。從地幔中提取的樣品普遍受到大氣污染积仗，這對調查深層中的揮發(fā)性物種（例如氮氣和稀有氣體）的起源和運輸?shù)娜魏稳藰嫵闪司薮蟮奶魬?zhàn)。在《自然》雜志的一篇論文中蜕猫，拉比迪等人寂曹。1個報告稱，他們已經使用“聚集同位素”方法來識別火山巖氣中的未污染地幔氮和火山巖樣品中捕獲的氣體回右。未污染氮中同位素的相對豐度在不同位置的樣品之間有所不同隆圆。作者認為，這些差異源自地球的形成翔烁，并且在與地幔對流有關的混合過程中幸存了大約45億年渺氧。

閱讀論文：熱液15N15N的豐度限制了地幔氮的起源

有兩種穩(wěn)定的氮的同位素，14?N和15?N租漂，和它們的相對豐度被表示為δ?15個?N個值-每千個偏差的部件15?N /?14從一個標準值N比阶女。地幔衍生樣品的氮同位素組成可以提供廣泛的見解，從混合行星結構塊到形成過程中將揮發(fā)性物質帶入地球2哩治，到大氣氮通過下沉到地幔中的運輸秃踩。隨著時間的推移構造板塊3璧榄。

除了樣品中14?N和15?N?的比例外糟秘，同位素在分子之間的分布方式也提供了信息。同位素分子是具有組成元素的同位素的特定組合的分子淤毛。例如蒜胖，雙原子氮分子（N?2占大氣體積的約78％）可以摻入14?N或15?N消别，產生三種可能的同位素：14?N?14?N抛蚤，14?N?15?N和15?N?15N。因為絕大多數(shù)的氮是14?N寻狂，所以最常見的同位素14???14的單個N.換人15?N代表14?N是少見;?雙取代的同位素（15?N?15?N）更為罕見岁经。N?2分子之間14?N和15?N的隨機分布會產生這三種同位素異源體的特定混合物。與預期的15?N?15?N?比例的任何偏差都被描述為聚集同位素異常蛇券。

地球大氣中的N?2表現(xiàn)出很好的分辨出的聚集同位素異常4缀壤，而Labidi?等人。使用此簽名來識別大氣中的火山氣體污染纠亚。作者通過分析從中洋洋脊玄武巖的異常富氣樣品中釋放的氮來確定地幔N?2沒有團簇同位素異常塘慕，從而證實了巖漿氣體在N?2中具有同位素隨機分布的期望同位素。利用這些信息蒂胞，作者檢查了從美國图呢，冰島和其他火山地區(qū)的黃石國家公園采樣的熱液氣體中的氮同位素組成。他們在明顯顯示出不同程度的大氣污染趨勢的位置上確定了地幔的氮同位素組成骗随。

微量營養(yǎng)素的指紋

在以前的研究3蛤织，5在幔源氣體的氮，測定氮氣和稀有氣體組成中的系統(tǒng)變化中試圖確定大氣污染蚊锹，但矛盾簽名有時觀察到-一些度量表示瞳筏，有污染稚瘾，而另一些建議有沒有牡昆。Labidi及其同事表明，實際上可能由于氮氣和稀有氣體之間的關系而被解釋為地幔成分的數(shù)據(jù)實際上受到大氣N?2污染的影響摊欠。

他們的研究還表明丢烘，δ?15個??變化在大氣氮產生2，因為它循環(huán)通過熱液系統(tǒng)些椒。但是播瞳，在14?N和15?N?的整體比例中產生這種變化的過程不會在同位素之間再分配同位素，因此可以保留大氣的團簇同位素異常-這意味著任何污染仍然可以識別免糕。如果正透過叢狀的同位素透鏡看赢乓，則大氣中的N?2不會隱藏。

作者的分析方法的一個重要特征是石窑，無需測量純凈牌芋，未污染的巖漿氣體來估算地幔成分。即使多個大氣污染物存在松逊，在數(shù)據(jù)混合的趨勢的證據(jù)可以被用來識別地幔δ?15火山氣體躺屁，這已沒有結塊同位素異常的N值。Labidi?等经宏。報告地幔δ?15?N值的潛在的深層次6犀暑，7黃石地幔柱與海洋中脊玄武巖所確定的地幔柱不同驯击。由于消除了大氣污染的不確定性，地幔中的氮同位素變化可以解釋為地球形成耐亏，分化成不同的層以及深部地球和地表由于板塊構造而長期共同演化的結果（圖1）徊都。

圖1 |?地球深處的氮。Labidi?等广辰。1個報告了一種識別大氣中氮污染火山氣體的新方法碟贾。作者發(fā)現(xiàn)，從對流地幔采樣的中洋脊玄武巖中提取的氣體的氮同位素組成與美國黃石國家公園的火山氣不同轨域，后者被認為是對上升流的地幔柱進行采樣袱耽。起源于深層地幔。通過模擬俯沖（一個構造板塊俯沖到另一個板塊之下并進入地幔的過程）和地幔中的氮損失（脫氣）過程干发，將表面氮運到地幔中朱巨，作者認為地球中只有有限量的氮表面已合并到地幔中。

為了測試表面和地幔之間的氮交換是否能解釋其結果枉长，Labidi及其同事開發(fā)了氮在地幔中逸出的數(shù)學模型冀续。有趣的是，這些結果表明必峰，在整個地球歷史上洪唐，對流地幔都有凈氮的流失，幾乎沒有將表面氮摻入地幔中吼蚁。這與大氣中的氙氣的實質性合并的先前報道的證據(jù)進入地幔8凭需，9。鑒于地表氮在地幔中的作用有限肝匆，作者認為粒蜈，觀察到的氮同位素變化是地球形成和早期分化的殘余，當揮發(fā)性物質被分離到核心旗国，地幔枯怖，地殼和地殼中時，它們被傳遞到正在生長的地球能曾。大氣層度硝。

證據(jù)表明，早期形成的地幔的異質性寿冕，在現(xiàn)代地幔生存已經由快速衰減的第一億年地球的歷史中腐爛是放射性同位素形成簽名的研究8蕊程，10。確認Labidi?等人確定的氮同位素變化將具有挑戰(zhàn)性蚂斤。鑒于元素的兩個同位素都不是由放射性衰變產生的存捺，而且表面特征可能具有混淆作用，但無論如何受限制，都是在地球演化的早期出現(xiàn)的捌治。δ的測定15個在其它地方羽N個值岗钩，其中包括區(qū)域認為是由表面材料的回收的影響11，這將為作者的原始假設提供有趣的檢驗肖油。Labidi?等人報道的聚集同位素分析的應用兼吓。為此類未來研究提供了一種令人興奮的方法-我們現(xiàn)在有了一個改進的工具，可用來查看地幔中揮發(fā)性物種的起源和演變森枪。