地球的地幔和地壳正处于一场火热的战斗中

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新的研究揭示了一种有趣的力量平衡——渗出的地幔在地壳撕裂超大陆的同时创造了超大陆,为了得出关于板块构造过程的结论,科学家们建立了一个新的地球计算机模型,将地壳和地幔视为一个无缝系统。

板块挤压是由于地球热而粘的中心和冷而硬的外壳都是板块蠕动(有时甚至是灾难性的)的原因。

但现在新的研究揭示了一种有趣的力量平衡——渗出的地幔在地壳撕裂超大陆的同时创造了超大陆,为了得出关于板块构造过程的结论,科学家们建立了一个新的地球计算机模型,将地壳和地幔视为一个无缝系统。随着时间的推移,这个虚拟地球表面大约60%的构造运动是由相当浅的力驱动的——在地表的前62英里(100公里)内,地幔的深层搅动对流驱动了其余部分,当大陆被挤在一起形成超大陆时,地幔变得特别重要,而当超大陆在模型中破裂时,浅层力量占主导地位

10月30日,研究人员在《科学进展》杂志上报道说,这一“虚拟地球”是第一个将地壳和地幔视为一个相互关联的动态系统的计算机模型。此前,研究人员将制作地幔中热驱动对流的模型,该模型与实际地幔的观测结果非常吻合,但并没有模拟地壳,地壳板块构造模型可以预测这些板块是如何运动的,但与地幔的观测结果并不吻合,很明显,模型将两个系统组合在一起的过程中缺少了一些东西。

巴黎PSL大学下属的Ecole Normale Supérieure研究生院教授尼古拉斯·科尔蒂斯(Nicolas Coltice)说:“对流模型对地幔有利,但对板块不利;板块构造对板块有利,但对地幔不利。”而系统进化背后的整个故事就是两者之间的反馈。”地壳加地幔的地球内部模型都显示了一层薄薄的地壳覆盖在热的、可变形的地幔层之上。

这个简化的模型可能会给人这样的印象:地壳只是在地幔上冲浪,通过这种方式移动,然后被下面难以解释的洋流移动,但这并不完全正确。地球科学家早就知道地壳和地幔是同一个系统的一部分;它们是不可避免地联系在一起的。这一认识提出了这样一个问题:表面的力量,究竟是一块地壳在另一块之下的挤压还是地幔深处的力量,推动着地壳的板块运动。科尔蒂斯和他的同事发现,答案是不适定的。那是因为这两层是如此的交织在一起,它们都做出了贡献。

科尔蒂斯告诉《现场科学》杂志,在过去的20年里,研究人员一直致力于建立能够真实地反映壳幔相互作用的计算机模型。在21世纪初,一些科学家开发了地幔中热驱动运动(对流)的模型,这些模型自然产生了表面上类似板块构造的东西。但这些模特都是劳动密集型的,没有得到很多后续工作,科尔蒂斯说相关报道:地球八大谜团科尔蒂斯和他的同事们为他们的新型号工作了八年,仅仅运行模拟就花了9个月。

建立地球模型

科尔蒂斯和他的团队必须首先创建一个虚拟地球,并提供真实的参数:从热流到板块大小,再到超级大陆形成和分裂所需的时间。科尔蒂斯说,在很多方面,这个模型并不是对地球的完美模仿。例如,程序不跟踪以前的岩石变形,因此以前变形过的岩石在其模型中不容易在将来变形,这在现实生活中可能是如此。但这个模型仍然产生了一个逼真的虚拟行星,包括俯冲带、大陆漂移、洋脊和海沟相关报道:地质学家说,地球有一个隐藏的第八大洲除了表明大陆聚合时地幔力占主导地位外,研究人员还发现称为地幔柱的岩浆热柱并不是大陆分裂的主要原因。科尔蒂斯说,俯冲带是大陆分裂的驱动力,其中一块地壳被另一块地壳挤压,地幔柱再起作用。先前存在的上升羽可能到达被俯冲带产生的力量削弱的地表岩石。然后,它们将自己力量作用到这些较弱的点上,使超大陆更有可能在那个位置裂开。Coltice说,下一步是用观测来连接模型和现实世界。他说,在未来,这个模型可以用来探索从火山活动到板块边界的形成,再到地幔相对于地球自转的运动等所有的事情。

 

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