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30亿年前的地球“空调”
作者:未知 发布日期:2020-02-28 点击:

  暑假恰好有机会去了一趟黄石公园(Yellowstone Park),在满是臭烘烘的硫化氢气体的园内,看着翻滚的热泉,袅袅“毒”烟,想象着自己回到了地球诞生之初,看着这满目疮痍的地表,心中不免生出些许的敬畏之心。颤颤巍巍行走在这薄弱的地壳上,地球母亲心情不好稍微打个喷嚏,高温强酸性的液体足以让一切荡然无存。

  图1黄石公园内景(拍摄于2018年7月)

  黄石公园就是目前在陆地上地幔柱(mantle plume)这个概念最直观的表达。今年自然-地球科学(Nature Geoscience)杂志发表的一项研究中,科学家通过“地球透镜计划”(Earth Scope)发现黄石公园的火山活动可能受地幔柱驱动的。这一计划本质就类似于人类给地球做“CT”,通过建立数量较大的基站接收信息,还原地球深部的三维成像,基站越密集,分辨率越高,对地球深部的成像就越清晰直观。

  图 2 地幔柱示意图,红色代表更热,深蓝色代表相对更冷,引自Allen (2011)

  地幔柱本质上是地球的散热通道之一。地球在形成之后,内部由于含有的放射性元素发生衰变,产生了大量的热,这些内部热能将内部原本固化的岩石融化,产生岩浆。这些岩浆从内部上升到地表这个过程携带着大量的热能,喷发出地表过程以完成散热。地球自形成到30亿年前,由于热能充足,岩浆可以直接从地球深部上涌到地球浅部,这种由深部到浅部形成的柱状的岩浆通道就被称作地幔柱,它的起始位置被认为在地核和地幔的边界(~2900Km),这一过程代表垂向的岩浆作用或者说是散热机制(图2)。

  但是在约30亿年之后,地球内部变得没有那么热了,衰变产生的热能已经不足以支持岩浆“霸道”得冲出地表,之后便逐渐演化出了板块构造这一概念,即为大家所熟知的魏格纳(Alfred Lothar Wegener)躺在病床上让大地漂移的佳话,这一理论本质上是一种水平方向的散热机制,已经固化的大陆相互之间分离、汇聚、碰撞以及俯冲用来消耗热能,这一过程中也会产生火山作用,我们在军事节目上所熟悉的日本-琉球-台湾-菲律宾这些岛构成的“第一岛链”便是东侧的太平岩板块与西侧欧亚板块以及菲律宾板块水平方向上相互作用的结果(图3A中黑线)。

  在我们的太阳系中,地球是唯一具有板块构造机制的行星,板块构造也是目前地球散热的主要机制,但它并不是目前地球唯一的散热机制。除了上面所提到的黄石公园,在太平洋以及大西洋上分布着大量的洋底高原。在太平岩西侧的卫星图3A中的黑色框线内,我们发现的密密麻麻的小点实质上就是小型地幔柱的产物,岩浆从地球内部直接穿过比较薄的大洋地壳形成这些密密麻麻的岛屿或者尚未露出水面的水底高原。而更大一点的地幔柱则会产生自夏威夷向西北侧延伸的这种岛链。作为全球知名的度假胜地夏威夷火奴鲁鲁,其实就是一座火山岛,更为神奇的是,这座火山岛还是位于地幔柱之上,时至今日的夏威夷还不停的喷发着岩浆。但是早在7500万年前,这个地幔柱就已经存在,上面的板块移动就像一条传送带,将产生的火山运送到“远方”,这便形成了这一串折线状的岛链,其中拐点发生的时代在4700万年前,这一拐点的存在说明了太平洋板块在这一时间点漂移方向发生了转折,最终形成了这一奇特的岛链,就像一条项链,悬挂在广袤的太平洋深处,静候人类的发掘。

  图3 (A)太平岩西侧卫星图像(截取自Google Earth Pro)黑色线条代表板块构造成因的“第一岛链”;黑色方框内为凌乱分布的洋岛和洋底高原;折线状的是夏威夷洋脊。(B)夏威夷洋脊的剖面示意图,从目前的夏威夷往西北侧移动方向岩石年龄逐步变老。

  我们应该庆幸自己生存的时代,在这个以板块构造为主的时代,只要我们远离那些板块之间发生小摩擦的区域(比如日本,台湾),总能体会到岁月静好,安居乐业的美妙;假如我们生活在了三十亿年前,平白无故的走在大街上或者睡在家里,地底都如黄石公园那般冷不丁地直接喷出一股岩浆,那我们的生活总会处在忧虑之中。存在即合理,我们的地球母亲在冥古的荒芜中用地幔柱的这个空调来给我们的家迅速降温,这才孕育了这5.4亿年生生不息的世界,此即所谓“天行有常,不为尧存,不为桀亡”。

 
 
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