科學家發現:“岩石圈滴落”或塑造安第斯山脈

2022年08月18日17:36

參考消息網8月18日報導 據美國趣味科學網站近日報導,科學家發現,在安第斯山脈下,地殼正在“像蜜一樣”滴入我們地球熾熱的內部。這個過程從幾百萬年前就開始了。

報導介紹,通過在沙箱中進行一項簡單實驗並將結果與實際地質數據進行比較,研究人員發現了令人信服的證據,證明在安第斯山脈下,地殼在被黏稠的地幔吞噬後,“崩塌”了數百公里。

這個被稱為“岩石圈滴落”的過程已持續了數百萬年,在世界各地(包括土耳其中部的安納托利亞高原)的多個位置都有發生,但科學家直到最近幾年才瞭解了這個過程。研究人員6月28日在英國《自然:地球與環境通訊》雜誌上發表了他們關於“安第斯滴落過程”的研究結果。

加拿大多倫多大學地球科學研究員、博士生祖莉婭·安德森在一份聲明中說:“我們已經證實,安第斯山脈某地的地表變形區域下面的岩石圈(地殼和上地幔)崩塌了很大一部分。由於密度高,它像較冷的糖漿或蜂蜜一樣滴入地球內部的更深處,而且很可能是發生在安第斯山脈中部的兩個重大構造事件的成因——將該地區的表面地形移動了數百公里,而且既擠壓又拉伸了表層地殼。”

報導介紹,地球地質構造的外部區域可以分成兩部分:形成堅硬岩石板塊的地殼和上地幔,即岩石圈;以及由溫度更高、壓力更大的塑料狀岩石構成的下地幔。岩石圈板塊(也稱構造板塊)漂浮在這個下地幔之上。岩漿對流可以將板塊分開形成海洋;可以讓板塊相互摩擦,引發地震;還可以讓板塊碰撞,讓一個板塊滑到另一個板塊之下,或者讓板塊上的一個縫隙暴露在地幔的熱力之下,以形成山脈。但是,正如科學家已開始觀察到的那樣,這並非形成山脈的唯一方式。

報導稱,當兩個碰撞和擠壓的岩石圈板塊的溫度上升到開始變得濃稠、形成又長又重的液滴並滲透到地幔的下部時,“岩石圈滴落”就發生了。隨著液滴繼續向下滲透,其不斷增加的重量拖拽上面的地殼,進而在地表形成一個盆地。最終,這個液滴變得太重,無法保持完整;它長長的“生命線”突然斷裂,上面的地殼向上反彈數百公里——形成山脈。事實上,研究人員早就懷疑這種地表下的拉伸可能促成了安第斯山脈的形成。

安第斯中央高原包括普納高原和阿爾蒂普拉諾高原:這塊遼闊的區域大約長1800公里,寬400公里,從秘魯北部一路向玻利維亞、智利西南部和阿根廷西北部延伸。它是因更重的納斯卡構造板塊俯衝到南美構造板塊之下而形成的。這個過程使上面的地殼變形,將其推到數千公里高的空中,形成山脈。

安第斯山脈地區普納高原一隅的景色(資料圖片)
安第斯山脈地區普納高原一隅的景色(資料圖片)

但俯衝只是故事的一半。此前的研究還指出,安第斯中央高原的一些地貌無法用俯衝過程中施加的緩慢而穩定的抬升力來解釋。安第斯山脈的部分區域反而看起來像是在整個新生代——地球當前所處的地質時期,大約始於6600萬年前——因地殼突然向上冒起而形成的。普納高原也比阿爾蒂普拉諾高原高,還擁有火山中心和阿里薩羅和阿塔卡馬等大盆地。

這些都是“岩石圈滴落”的跡象。但不可否認,科學家需要通過建立高原地面的模型來驗證這一假設。他們用模擬地殼和地幔的材料填充一個樹脂玻璃容器:用聚二甲基矽氧烷(PDMS)——一種比食用糖漿黏稠約1000倍的矽聚合物——模擬下地幔,用PDMS和塑性泥的混合物模擬上地幔,用由微小的陶瓷球和二氧化矽球構成的一層沙狀物質模擬地殼。

安德森說:“這就像是在一個沙箱中創造和破壞浮在模擬的岩漿池上的構造山脈帶——一切都處在極其精確的亞毫米測量環境中。”

為了模擬一個液滴可能如何在地球岩石圈中形成,研究小組在他們模型中的下地幔上方製造了一個不大的、高密度的不穩定區域,用三台高解像度相機記錄液滴緩慢形成、然後向下滴落的過程。安德森說:“滴落過程持續幾個小時,所以每過去一分鐘你不會看到太多事情發生。但如果每隔幾小時檢查一次,就會清楚地看到變化——只是需要耐心。”

通過將模型表面的圖像與安第斯山脈地貌的航拍圖進行比較,研究人員發現兩者存在明顯的相似性。這有力地證明,安第斯山脈的地貌的確是由“岩石圈滴落”形成的。

安德森說:“我們還在模型中觀察到地殼縮短形成褶皺以及地表的盆地樣凹陷,因此我們相信,‘岩石圈滴落’很可能是科學家在安第斯山脈觀察到的變形的原因。”

研究人員說,他們的新方法不僅為證明安第斯山脈一些關鍵地貌如何形成提供了確鑿證據,而且凸顯了除俯衝之外的地質過程在塑造地球景觀方面的重要作用。它或許還能有效地發現世界其他地方其他類型的地表下滴落過程發揮的作用。  

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