北美洲的底部正在缓慢地融化到地球中

克拉通稀薄化可能正在吞噬大陆最深层的岩石。
Lava flowing into ocean in Hawaii
克拉通滴落是一个可能持续数百万年的过程。图源:Deposit Photos

此刻,北美大陆的底部正在一点点地渗入地球熔融的地幔。根据德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员的说法,这可能是首次有人实时分析这种被称为“克拉通稀薄化”的地质现象。该团队最近在《自然地球科学》杂志上发表了他们的研究成果。

克拉通是构成地球大陆一部分的古老而巨大的岩石构造。尽管它们通常能稳定存在数十亿年,但地质区域偶尔会发生变化,导致整个岩石层在称为克拉通稀薄化或克拉通滴落的过程中消失。其中一个已证实的例子发生在数百万年前的华北克拉通最深的根部地层。然而,直到最近,科学家们才有机会研究这一过程的发生。但或许这种状况不会持续太久。

North America map showing seismic composition and cratons
地震波以不同的速度穿过不同的地质构造。这张图显示了北美大陆地壳在200公里深度处的地震波速度,覆盖了美国大陆以及中美洲和加拿大部分地区。北美克拉通(用黑色虚线勾勒)与周围地区相比具有较高的地震波速度。图源:Hua et al., Nature Geoscience。

在德克萨斯大学奥斯汀分校开发一项新的、全波形地震层析成像模型期间,地球物理学家 Junlin Hua 和同事们注意到地球深部地幔与其较薄的岩石圈边界处出现了异常行为。

“我们注意到克拉通下方可能存在某种东西,”该研究的合著者 Hua(现为中国科技大学教授)在一份声明中说道。“幸运的是,我们也得到了关于是什么驱动这种稀薄化的新想法。”

他们的层析成像模型表明,位于太平洋大部分地区下方的一个名为法拉隆板块(Farallon Plate)的海洋构造板块可能是罪魁祸首。法拉隆板块是研究的合著者 Stephen Grand 在20世纪90年代首次通过地震成像的,在过去2亿年里一直俯冲到北美大陆之下。尽管与目标克拉通相隔约370英里,但法拉隆板块似乎正在将地幔物质的流动重定向,从而融化克拉通的底部。由此产生的活动可能释放挥发性化合物,从而削弱了克拉通更广泛的基础。

“一个非常大的范围正在经历某种稀薄化,”Hua 说。

A figure from the study showing rock dripping from the craton. The researchers hypothesize that the dripping is caused by the remnants of the subducting Farallon slab below the craton. Credit: Hua et al., Nature Geoscience.
研究中的一张图显示岩石从克拉通滴落。研究人员假设,滴落是由克拉通下方俯冲的法拉隆板块残余物引起的。图源:Hua et al., Nature Geoscience。

为了验证这一理论,Hua 和同事们在包含和不包含法拉隆板块的情况下运行了他们的计算机模型。当模型中包含法拉隆板块时,克拉通发生了滴落。一旦移除,滴落就完全停止了。

“你看着模型,然后说,‘这是真的吗?我们是否过度解读了数据,还是它告诉我们关于地球的新东西?’”该研究的合著者、行星科学教授 Thorsten Becker 说。“但看起来在很多地方,这些团块出现又消失,这[表明]它[是]真实存在的。”

Becker 强调了这类发现的重要性,他解释说,这些发现有助于行星科学家更好地理解地球的演化历史。

“它帮助我们理解大陆是如何形成的,如何破裂,以及如何[回到地球中]被回收,”他说。

这种滴落现象似乎主要集中在美国中西部地区,但这并不意味着像托皮卡或克利夫兰这样的居民就无需担心。克拉通滴落等过程影响着数百万年来的构造活动。不仅如此,一旦法拉隆板块的残余物下沉到地幔深处并停止影响北美克拉通,类似的事件通常也会停止。

 

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