尽管我们脚下的地壳感觉很坚固,但我们实际上是在翻腾的热矿物海洋中冲浪。多年来,研究人员一直在努力了解是什么驱动了地球表层的复杂运动。现在,我们可能更接近答案了。
为了确定到底是漂移的构造板块搅动了地幔,还是地幔的洋流推动了地壳运动,科学家们现在退后一步,以不同的角度来看待这个问题,将其视为一个单一的系统。而且看起来很复杂。
来自法国巴黎高等师范学院、法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学以及美国德克萨斯大学奥斯汀分校的一个国际团队提出了类地世界的全新 3D 模型,其中包含超级计算机花了 9 个月时间才计算出的方程。解决。
结果表明我们一直以来都以错误的方式看待这个问题。不要问是否是冷却的地壳下沉推动了地幔,或者反之亦然——两者都在行星老化过程中使表面变形的过程中发挥着关键作用。
我们已经想象了一个世纪的大部分时间地球的外层就像一套宽松的盔甲一样滑动,它的板块在某些部分叮当作响,而在另一些部分则分开。
早期尝试描述这种板块构造理论表明,这种运动可能很大程度上是我们称为地幔的高温加压岩石流体在上升、冷却和下沉时产生对流的结果。
自 20 世纪 50 年代以来,我们已经了解了很多关于地表如何在某些部分下沉、在另一些部分上升、在不断的破坏传送带中产生新岩石、同时熔化旧地壳的知识。
试图描述这一过程的模型不可避免地会遇到问题,试图将研磨盘的拖曳力和摩擦力与下方流动的地幔的动力学相匹配。
“结果表明,在板块底部,板片拉力普遍超过地幔阻力,这表明构造板块驱动地幔流动,”研究人员在报告中解释。
我们现在得到的图片表明,我们并不是在流动的地幔上冲浪,而是在航行,我们的大陆“帆船”在下面的熔海中掀起漩涡。
如果这些模型表明构造板块的运动在地幔中产生了电流,那么我们就会发现自己遇到了一个先有鸡还是先有蛋的难题,即地幔中的电流首先如何推动板块运动。
船和盔甲的比喻都有其局限性。研究人员认为,为了真正理解地壳和地幔之间复杂的相互作用,我们需要停止将它们视为不同的材料,并提出更好的描述。
该团队得出的描述使他们能够重建一颗像我们这样的行星,并观察它在最初 15 亿年的演变。通过将地幔和地壳视为热量和压力的梯度,他们可以更好地了解它们各自如何变化。
它们的地球双胞胎揭示了大陆形成、漂移和地幔流动的相当复杂的舞蹈,这些舞蹈在数百万年的时间里发生了变化。
他们发现,大约 20% 到 40% 的表面确实是被地球流动的内脏所牵引。但这意味着多达 60% 的表面阻力作用在地幔上。
这些模式也会随着时间而改变。较厚的大陆板块块被更深的洋流拖曳,直到它们一起挤压成超级大陆。随着超大陆的破裂和分裂,板块的下沉反过来导致地幔流动。
这些模型表明,那里发生的事情比我们从地表所能看到的要多得多,这使得想象地幔流和地壳如何相互作用变得具有挑战性。
地表深处发生的许多事情都会对地表生命产生严重影响。
从地震到火山,到防护磁笼为了保护我们免受来自太阳的高能粒子爆炸的影响,我们受到仍在研究的地质学的摆布。
这项研究发表于科学进步。