在地球表面深处,有一个名为地幔的层次,热量积聚并脉动,导致岩石缓慢上升到地壳。这种现象被称为地幔上升,它在火山形成、大陆破裂,甚至新海盆的形成中扮演着重要角色。
在东非,阿法尔洼地因其是地球上少数三个发散板块边界交汇的地方而闻名,这三个边界分别是主要的埃塞俄比亚裂谷、红海裂谷和阿丹湾裂谷。
科学家们早已怀疑这一地区存在地幔上升现象。然而,它的确切形状、成分以及与上方移动的板块如何相互作用仍然不清楚。
尽管该地区的火山活动和频繁的地震早已暗示了深处的热地幔羽流,但是最新的研究提供了其结构和行为的最清晰图像。
为了深入了解,南安普顿大学的研究人员收集了该地区130多座相对年轻火山的岩浆样本。
通过分析这些岩石的化学成分,并结合现有的地质数据,他们发现阿法尔下方的地幔并非简单或均匀的结构。
它是非对称的,由羽流和多种类型的热地幔物质组成,几乎像补丁一样,而不是单一的流动。
本研究的首席作者艾玛·沃茨表示:“我们发现阿法尔下方的地幔并非均匀或静止,而是脉动的,这些脉动携带有不同的化学特征。”
“这些向上的部分熔融地幔脉动被上方的裂变板块引导。”
由于这些板块在拉伸和变薄,热物质可以更轻易地向上爬升,进一步削弱地壳,催化一个新海盆的诞生。
科作者汤姆·格尔农教授将这种化学条纹比作心脏的节律。
“化学条纹表明,羽流正在脉动,就像心跳一样,”格尔农说。“这些脉动似乎根据板块的厚度和其分裂的速度表现得不同。”
特别有趣的是这一上升现象如何根据其上方发生的情况而表现不同。
在地球的地壳快速分裂的地方,比如红海裂谷,地幔流动更快,更集中。在移动缓慢的区域,上升流动则愈发扩散。
研究表明,地幔化学和板块动态之间的联系重新塑造了科学家对大陆破裂过程的思考。
“我们发现深地幔上升的进化与上方板块的运动密切相关,”科作者德里克·基尔说,他同时隶属于南安普顿大学和佛罗伦萨大学。
这种耦合影响着“表面火山活动、地震活动以及大陆崩解的过程。”
观测到的羽流正在从下方侵蚀岩石圈,地球的刚性外壳,某些地方其厚度仅为15公里。
当这种变薄与板块运动的拉伸结合时,便会引发周期性的火山事件。
熔岩流覆盖了埃塞俄比亚的大范围区域,而地震群则标志着新地壳的形成。最终,研究人员表示,海水将会涌入。
非洲之角将与大陆分裂,类似大西洋从欧洲和北美分裂的过程。
大型火成省,如北大西洋火成省,形成了6000万年前北爱尔兰的巨人之路。科学家们认为它们释放的大量二氧化碳和二氧化硫导致气候剧变,甚至引发大规模灭绝事件。
因此,理解阿法尔羽流的节奏,有着超越区域地质的深远影响。
其他地方的地幔“心跳”可能解释了过去火山爆发和地球历史中的突发环境变化。
研究人员计划未来对薄板块下的地幔流动及其如何引导火山喷发进行测绘。
基尔表示:“这项工作显示,深地幔上升可以在构造板块的底部流动,并有助于将火山活动集中到岩石圈最薄的地方。”
“后续研究包括理解地幔流动在板块下发生的速率和方式。”
“与不同专业背景的研究人员跨机构合作,对揭开发生在地球表面下的过程及其与近期火山活动的关系至关重要,”沃茨总结道。
“如果不使用多种技术,就很难看到全貌,就像在拼凑一幅拼图,却没有全部的碎片。”
总之,这项研究表明,地幔上升并非孤立存在的深地球特征。它们受到上方构造板块运动的积极塑造和引导,在深地球与我们所生活的表面之间创造出一个动态的联系。
如今,科学家至少可以在埃塞俄比亚聆听到地球地幔的脉动,感受到这股在地表深处缓慢撕裂巨大大陆、勾勒未诞生海洋轮廓的力量。
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