地球的地幔和地壳正处于一场激烈的超级大陆死亡之战中

子轸 2019年11月9日10:36:59 评论

地球的地幔和地壳正处于一场激烈的超级大陆死亡之战中
地球的高温胶粘中心及其寒冷而坚硬的外壳都与构造板块的蠕动(有时是灾难性的)运动有关。但是,现在新的研究揭示了一种令人着迷的力量平衡-渗出的地幔创造了超大陆,而地壳却将它们分裂了。

为了得出有关板块构造过程的结论,科学家创建了一个新的地球计算机模型,其中地壳地幔被视为一个无缝系统。随着时间的流逝,这个虚拟星球表面约60%的构造运动是由相当浅的力所驱动的-在表面的前62英里(100公里)内。地幔深处搅动的对流驱使其余部分。当大陆被推到一起形成超大陆时,地幔就变得尤为重要,而当超大陆在模型中破裂时,浅层力量就占了主导。

研究人员于10月30日在《科学进展》杂志上报道说,这种“虚拟地球”是第一个将地壳和地幔“视为”一个相互连接的动态系统的计算机模型。以前,研究人员会在地幔中建立热驱动对流模型,使其与真实地幔的观测值非常吻合,但不会模拟地壳。而且,地壳中的板块构造模型可以预测这些板块如何在现实世界中观察到,但是与地幔的观察结果并不吻合。显然,模型将两个系统组合在一起的方式中缺少某些东西。

巴黎PSL大学一部分的巴黎高等师范学院研究生院教授Nicolas Coltice说:“对流模型对地幔有利,但对板块不利,而板块构造对板块有利,但对地幔不利。” “而系统发展背后的故事就是两者之间的反馈。”

地壳加地幔

每个地球内部的小学模型都在地幔的热的,可变形的层上骑着一层薄薄的地壳。这种简化的模型可能给人的印象是,地壳只是沿着地幔冲浪,以这种方式移动,并被下面的莫名其妙的洋流移动。

但这并不完全正确。长期以来,地球科学家都知道地壳和地幔是同一系统的一部分。他们不可避免地联系在一起。这种理解提出了一个问题,即地表力(例如将一块大块地壳俯冲到另一块地壳之下)还是地幔深处的作用力主要是在驱动组成地壳的板块的运动。科尔蒂斯和他的同事们发现,答案是这个问题是不恰当的。这是因为这两层是如此交织,它们都做出了贡献。

Coltice告诉Live Science,在过去的二十年中,研究人员一直在研究可以现实地表示地幔相互作用的计算机模型。在2000年代初期,一些科学家开发了地幔中热驱动运动(对流)的模型,自然地产生了看起来像板块构造的东西。但是这些模型是劳动密集型的,并且没有大量的后续工作,科尔蒂斯说。

Coltice和他的同事们为新版本的模型工作了八年。仅运行模拟就耗时9个月。

建立模型地球
Coltice和他的团队必须首先创建一个虚拟的地球,并带有逼真的参数:从热流到构造板块的大小,再到超大陆形成和分裂所需的典型时间,一切都应包括在内。

Coltice说,模型在很多方面都不是地球的完美模拟。例如,该程序不会跟踪先前的岩石变形,因此,以前变形的岩石在将来的模型中不太容易变形,就像现实生活中的情况一样。但是该模型仍然产生了一个看起来逼真的虚拟星球,其中包括俯冲带,大陆漂移以及海洋山脊和海沟。

研究人员发现,当大陆汇聚在一起时,地幔力量占主导地位。研究人员发现,被称为地幔羽的岩浆热柱并不是大陆分裂的主要原因。科尔蒂斯说,俯冲带是一块大块地壳被压在另一块下的俯冲带。地幔柱在稍后起作用。先前存在的上升羽状流可能到达被俯冲带所产生的力削弱的地表岩石。然后,他们暗示自己进入了这些薄弱环节,从而使超级大陆更有可能在那个位置裂开。

Coltice说,下一步是将模型与现实世界与观察联系起来。他说,将来,该模型可用于探索从重大火山事件到板块边界如何形成以及地幔如何相对于地球自转运动的一切事物。

子轸

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