要了解不久未来的资源，地质学家需要了解遥远过去的火山。对格陵兰等地古代岩浆房的勘探，有望为支撑现代绿色技术的稀有金属提供新的来源。
许多稀有金属——例如钕、铌和镝——对风力涡轮机和电动汽车的生产至关重要，它们是从化石火山中开采出来的。
火山是大自然将地球深处的物质带到地表的方式。地幔内部的熔融过程地幔——地球内部位于超高温地核与薄薄的外层地壳之间的部分——产生岩浆，岩浆上升数百公里，最终以火山的形式喷涌至地表。
地壳由半刚性的构造板块构成，这些板块相互移动并碰撞，形成山脉，或在被称为俯冲带的区域相互下沉。火山带到地球表面的物质量，与通过下沉的构造板块返回地幔的相近物质量相平衡。
这指向了我们所说的“元素循环”：物质从深处通过火山上升至地表，随后经由俯冲返回地幔。地球科学中的一个重大问题是，这些被俯冲的物质会发生什么变化，以及它们在地幔中停留多长时间。
化石火山
我们最近的研究考察了格陵兰南部的一组古代火山。约13亿年前，格陵兰是一片火山地貌，拥有深深的裂谷山谷，与现代东非颇为相似。大规模火山喷发至陆地表面，类似尼罗河的主要河流系统将这些火山的矿物质输送到广大区域。
格陵兰的河流和火山如今早已被长期侵蚀，但沉积物仍可找到河流搬运的沉积物，而在这些古代火山之下运作的火山“管道系统”则保存了喷发岩浆的样本。
我们希望了解元素循环与格陵兰这些古代火山中关键金属的富集程度之间的关系。研究这些有价值的元素本身固然有用，但有时通过研究与之相关的其他元素，我们能更多地了解地球的元素循环。
硫的指纹识别
在我们的研究中，我们使用了硫元素，它共有四种稳定形式（称为同位素）。每种同位素的质量略有不同。这一点很重要，因为自然过程可以选择性地将较轻的同位素与较重的同位素分离。就像吃一袋M&M巧克力豆时，你更喜欢红色的，把棕色的留下来一样，地质过程会导致不同物质中各元素的相对丰度发生变化。
通过测量岩石中同位素的含量，我们可以了解形成这些岩石的过程。硫同位素尤其有用，因为地球表面（低温条件下）的生物与地球化学过程非常有效地改变硫的特征；而岩浆过程（高温条件下）则不会在轻硫与重硫之间产生太大差异。
因此，岩浆岩中硫特征的变化使我们能够辨识地幔源区中再循环地壳物质的痕迹。通过选取地质历史上不同时期活跃的火山，我们可以重建地幔成分和硫循环在地球历史中是如何变化的。
地质学家早已知道，在过去45亿年间，随着生命的出现并逐渐变得日益复杂，地球表面发生了深刻变化。生命对硫循环日益增强的影响已显著改变了地球表面沉积物的硫同位素比值，但此前尚未在地幔岩石中记录到这一印记。
我们的工作首次表明，地幔的硫特征变化方式与地表硫的变化基本吻合。生物和大气对地表硫特征的影响，似乎已一路传递到地球内部。
这意味着地球表面与地幔紧密相连，二者彼此响应——尽管这种再循环的时间尺度仍不得而知。我们的数据显示，曾经位于地球表面的硫，通过构造板块活动重新进入地幔，随后——在13亿年前——又在格陵兰火山中回到了地表。这就像地质学上的似曾相识。
一个循环还是多个循环？
在地质时间尺度上，硫在地壳与地幔之间被循环了多少次？我们目前尚不知道答案，但我们的研究描绘出一幅地球作为全球元素输送带的图景，其中地表硫与地幔紧密相连。
这项研究具有诸多意义。地质学中的一个重大问题是稀有金属矿床如何形成，尤其是对绿色能源革命至关重要的高科技金属。硫的研究结论似乎与我们对其他同位素的研究相吻合。例如，全球最大的钽矿床之一（钽用于电子产品，且集中于格陵兰的一座古代火山中）同样具有同位素指纹，这也钽（用于电子产品，且也集中于格陵兰的一座古代火山中）的同位素指纹同样暗示了地壳物质的再循环。
这些全球循环很可能已将元素从地表带入地幔再返回地表多次，每一次都在有效地富集这些元素。我们在硫中记录到的全球循环，可能是形成现代技术所需关键金属矿床的必要前提。通过理解数十亿年前发生的板块构造与岩浆过程，我们得以洞察如何识别和了解未来的矿产资源。
