对地幔热流和3He相关性的解释

地幔的热液主要通过海底的喷气孔喷入到海洋中。20世纪70年代科学家发现这些热液中含有高的3He/4He比值，约为大气的3He/4He比值（Ra)的8倍，和洋中脊玄武岩（MORBs）的3He/4He比值类似。而且，其热流量与原始热液中的3He含量成线性正比关系。例如，Jenkins(1978)等曾观测到加拉帕戈斯裂谷海低热气喷气孔中3He的浓度与温度之间明显的相关性，求得3He/heat=1.57×10-17 mol/J。另外从21°N东太平洋山脊喷气孔的350℃热水中的3He含量为饱和水中的2200倍，但求得的3He/heat比值同加拉帕戈斯裂谷的值相近似。这表明3He/heat比值在不同地区和不同的温度范围内大致保持恒定。热量和3He的相关性表明，喷出的氦和流出的热量可能属于同一来源。 依据现在的观点，认为3He是原始的，即地球生成时就存在于地球内部。地球内部的热能是在地球生成后期或生成后产生的，归因于放射性核素238U,235U,232Th和40K衰变。但是从放射性衰变看不出3He与热流的直接关联。 此外，在大洋的玄武岩和喷出的火山岩等来自地幔的岩石中，除了含有较稳定的高3He/4 He比值（约8Ra）外，地幔原始水中氖有低δD值，约为-80。即水的D/H比值较标准的大洋水（SMOW）的D/H比值低约80‰。目前将这低的δD值看作地球生成时地幔中的原始水成分。 根据上述事实，笔者认为地球内部可能存在核聚变，即D(d,p)T(β)3He或P(d,γ)3He反应。通过核聚变可以使热液能量与3He成正比关系，高的3He/4He比值，以及低的δD值三者相互统一起来。通过对地球内部核聚变可能性进行初步探索，计算了由P-d反应产生的热量，结果总热流量为3. 8×107 MW。这一数据支持Jenidns等和Sclater等估算的从地幔流人海洋热流量分别为6.5×106 MW和4.2×106 MW，也表明笔者的数据是合理的。另外，对假设P(d,γ)3He的反应率作了计算，其值为5.8×10-19 /D·sec。 是什么核反应机制促使地球内部可能发生这种核聚变？笔者认为，地幔中的核聚变是在某种条件下促使氢分子中的两原子间发生，很可能主要是P-d反应，目前正在研究中。