安第斯山脉(科学家发现:“岩石圈滴落”或塑造安第斯山脉)

更新时间:2022-09-10 21:30:21

据美国趣味科学网站近日报道,科学家发现,在安第斯山脉下,地壳正在“像蜜一样”滴入我们地球炽热的内部。这个过程从几百万年前就开始了。

报道介绍,通过在沙箱中进行一项简单实验并将结果与实际地质数据进行比较,研究人员发现了令人信服的证据,证明在安第斯山脉下,地壳在被黏稠的地幔吞噬后,“崩塌”了数百公里。

这个被称为“岩石圈滴落”的过程已持续了数百万年,在世界各地(包括土耳其中部的安纳托利亚高原)的多个位置都有发生,但科学家直到最近几年才了解了这个过程。研究人员6月28日在英国《自然:地球与环境通讯》杂志上发表了他们关于“安第斯滴落过程”的研究结果。

加拿大多伦多大学地球科学研究员、博士生朱莉娅·安德森在一份声明中说:“我们已经证实,安第斯山脉某地的地表变形区域下面的岩石圈(地壳和上地幔)崩塌了很大一部分。由于密度高,它像较冷的糖浆或蜂蜜一样滴入地球内部的更深处,而且很可能是发生在安第斯山脉中部的两个重大构造事件的成因——将该地区的表面地形移动了数百公里,而且既挤压又拉伸了表层地壳。”

报道介绍,地球地质构造的外部区域可以分成两部分:形成坚硬岩石板块的地壳和上地幔,即岩石圈;以及由温度更高、压力更大的塑料状岩石构成的下地幔。岩石圈板块(也称构造板块)漂浮在这个下地幔之上。岩浆对流可以将板块分开形成海洋;可以让板块相互摩擦,引发地震;还可以让板块碰撞,让一个板块滑到另一个板块之下,或者让板块上的一个缝隙暴露在地幔的热力之下,以形成山脉。但是,正如科学家已开始观察到的那样,这并非形成山脉的唯一方式。

报道称,当两个碰撞和挤压的岩石圈板块的温度上升到开始变得浓稠、形成又长又重的液滴并渗透到地幔的下部时,“岩石圈滴落”就发生了。随着液滴继续向下渗透,其不断增加的重量拖拽上面的地壳,进而在地表形成一个盆地。最终,这个液滴变得太重,无法保持完整;它长长的“生命线”突然断裂,上面的地壳向上反弹数百公里——形成山脉。事实上,研究人员早就怀疑这种地表下的拉伸可能促成了安第斯山脉的形成。

安第斯中央高原包括普纳高原和阿尔蒂普拉诺高原:这块辽阔的区域大约长1800公里,宽400公里,从秘鲁北部一路向玻利维亚、智利西南部和阿根廷西北部延伸。它是因更重的纳斯卡构造板块俯冲到南美构造板块之下而形成的。这个过程使上面的地壳变形,将其推到数千公里高的空中,形成山脉。

安第斯山脉(科学家发现:“岩石圈滴落”或塑造安第斯山脉)

安第斯山脉地区普纳高原一隅的景色(资料图片)

但俯冲只是故事的一半。此前的研究还指出,安第斯中央高原的一些地貌无法用俯冲过程中施加的缓慢而稳定的抬升力来解释。安第斯山脉的部分区域反而看起来像是在整个新生代——地球当前所处的地质时期,大约始于6600万年前——因地壳突然向上冒起而形成的。普纳高原也比阿尔蒂普拉诺高原高,还拥有火山中心和阿里萨罗和阿塔卡马等大盆地。

这些都是“岩石圈滴落”的迹象。但不可否认,科学家需要通过建立高原地面的模型来验证这一假设。他们用模拟地壳和地幔的材料填充一个树脂玻璃容器:用聚二甲基硅氧烷(PDMS)——一种比食用糖浆黏稠约1000倍的硅聚合物——模拟下地幔,用PDMS和塑性泥的混合物模拟上地幔,用由微小的陶瓷球和二氧化硅球构成的一层沙状物质模拟地壳。

安德森说:“这就像是在一个沙箱中创造和破坏浮在模拟的岩浆池上的构造山脉带——一切都处在极其精确的亚毫米测量环境中。”

为了模拟一个液滴可能如何在地球岩石圈中形成,研究小组在他们模型中的下地幔上方制造了一个不大的、高密度的不稳定区域,用三台高分辨率相机记录液滴缓慢形成、然后向下滴落的过程。安德森说:“滴落过程持续几个小时,所以每过去一分钟你不会看到太多事情发生。但如果每隔几小时检查一次,就会清楚地看到变化——只是需要耐心。”

通过将模型表面的图像与安第斯山脉地貌的航拍图进行比较,研究人员发现两者存在明显的相似性。这有力地证明,安第斯山脉的地貌的确是由“岩石圈滴落”形成的。

安德森说:“我们还在模型中观察到地壳缩短形成褶皱以及地表的盆地样凹陷,因此我们相信,‘岩石圈滴落’很可能是科学家在安第斯山脉观察到的变形的原因。”

研究人员说,他们的新方法不仅为证明安第斯山脉一些关键地貌如何形成提供了确凿证据,而且凸显了除俯冲之外的地质过程在塑造地球景观方面的重要作用。它或许还能有效地发现世界其他地方其他类型的地表下滴落过程发挥的作用。

来源:参考消息网

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