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。
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。
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 Ñ 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。
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 Ñ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）。
图1 | 地球深处的氮。Labidi 等。1个报告了一种识别大气中氮污染火山气体的新方法。作者发现，从对流地幔采样的中洋脊玄武岩中提取的气体的氮同位素组成与美国黄石国家公园的火山气不同，后者被认为是对上升流的地幔柱进行采样。起源于深层地幔。通过模拟俯冲（一个构造板块俯冲到另一个板块之下并进入地幔的过程）和地幔中的氮损失（脱气）过程，将表面氮运到地幔中，作者认为地球中只有有限量的氮表面已合并到地幔中。
为了测试表面和地幔之间的氮交换是否能解释其结果，Labidi及其同事开发了氮在地幔中逸出的数学模型。有趣的是，这些结果表明，在整个地球历史上，对流地幔都有净氮的流失，几乎没有将表面氮掺入地幔中。这与大气中的氙气的实质性合并的先前报道的证据进入地幔8，9。鉴于地表氮在地幔中的作用有限，作者认为，观察到的氮同位素变化是地球形成和早期分化的残余，当挥发性物质被分离到核心，地幔，地壳和地壳中时，它们被传递到正在生长的地球。大气层。
证据表明，早期形成的地幔的异质性，在现代地幔生存已经由快速衰减的第一亿年地球的历史中腐烂是放射性同位素形成签名的研究8，10。确认Labidi 等人确定的氮同位素变化将具有挑战性。鉴于元素的两个同位素都不是由放射性衰变产生的，而且表面特征可能具有混淆作用，但无论如何受限制，都是在地球演化的早期出现的。δ的测定15个在其它地方羽N个值，其中包括区域认为是由表面材料的回收的影响11，这将为作者的原始假设提供有趣的检验。Labidi 等人报道的聚集同位素分析的应用。为此类未来研究提供了一种令人兴奋的方法-我们现在有了一个改进的工具，可用来查看地幔中挥发性物种的起源和演变。
