地球引擎的一个扳手:停滞的板块

地球引擎的一个扳手:停滞的板块

科罗拉多大学博尔德分校(CU Boulder)的研究人员报告说，他们可能已经解决了一个地球物理之谜，找到了一种类似地球引擎扳手现象的可能原因。

发表在《自然地球科学》上的一项研究中，研究小组探索了“停滞板”的物理性质。这些地球物理上的奇怪现象是由于地球上的巨大板块被迫深埋在地底某些大陆板块的边缘而形成的。这些碎片下沉到地球内部数百英里，直到它们突然像一辆抛锚的汽车一样停下来——原因是科学家无法解释。然而，古博尔德的魏茂和钟世杰可能已经找到了这种停顿的原因。利用计算机模拟，研究人员检查了日本和菲律宾附近太平洋上的一系列停滞的板块。他们发现，这些冰冷的岩石似乎是在地表以下约660公里(410英里)处的上地幔和下地幔交界处的一层薄层上滑动。

这种停滞很可能是暂时的:“尽管我们看到这些板块停滞不前，但它们是相当近期的现象，可能发生在过去2000万年，”这项新研究的合著者、科罗拉多大学博尔德分校物理系教授钟说。这些发现与地球表面的构造和火山活动有关。钟解释说，位于地核上方的地幔会产生大量的热量。为了使地球降温，热的岩石通过地幔上升，冷的岩石下沉。“你可以把这种地幔对流看作是一个巨大的引擎，驱动着我们在地球表面看到的一切:地震、造山、板块构造、火山，甚至地球磁场，”钟说。

然而，在十年前，地球物理学家首先发现了停滞的板块，这使得这个比喻更加复杂，表明地球的引擎可能会在某些地区停止运转。反过来，这可能会改变科学家们对不同地貌的看法，比如东亚不断翻滚的火山在地质时期形成。科学家们已经在西太平洋找到了这些板块，特别是在日本东海岸和马里亚纳海沟的深处。它们发生在俯冲带的位置，或者是地球表面的海洋板块沉入地下数百英里的地方。在北美和南美附近的类似地点看到的板块的运动方式可能是地球物理学家所期望的:它们穿过地球的上地幔，进入地核附近的下地幔。但在整个亚洲，“它们只是不会下降，”钟山说。相反，这些板块在上地幔和下地幔的边界附近水平伸展，在这一点上，地球内部的热量和压力导致矿物从一种相变到另一种相。

为了找出板块停滞不前的原因，物理学研究生钟和毛开发了一种真实的模拟方法，来模拟能量和岩石如何在整个地球上循环。他们发现，唯一能够解释这些不流动板块的行为的方法是在地幔的两部分之间插入一层薄的低粘岩石。虽然还没有人直接观察到这样的岩层，但研究人员通过研究热量和压力对岩石的影响，预测出它的存在。如果是这样的话，这样的一层就会像地球中部的一个油腻的水坑一样。钟教授说:“如果在这个深度引入一层较弱的油，那么降低的粘度就会对这个区域起到润滑作用。”“石板会发生偏转，可以水平移动很长一段距离。”

停滞的板块似乎出现在亚洲海岸以外，而不是美洲，因为大陆的运动给这些大块岩石提供了更多的滑动空间。不过，钟文博说，他不认为楼板会卡住。有足够的时间，他怀疑它们会冲破地幔的光滑部分，继续向地心俯冲。换句话说，地球仍然会像一个引擎一样运转——只是有几个粘点。钟教授说:“新的研究表明，这个故事可能比我们之前想象的要复杂得多。”