科学家发现北美大陆的底部正在“滴”入地幔

研究人员发现，北美大陆的底部正以岩石块的形式缓慢地滴落。板块残余沉入地幔可能是造成这一现象的原因。《自然地球科学》杂志发表的一篇论文描述了德克萨斯大学奥斯汀分校的这一发现。这是首次观察到“大陆架减薄”现象。

“我们观察到，地壳下面可能存在某种物质，”这项研究的主要作者、德克萨斯大学杰克逊地球科学学院博士后研究员华俊林说道。“幸运的是，我们还对导致地壳变薄的原因有了新认识。”

克拉通是构成地球大陆核心的古老岩层。它们以稳定性和能经受数十亿年考验的能力而闻名。然而，克拉通有时会发生变化，影响其稳定性或导致整个岩层消失。例如，数百万年前，华北克拉通失去了最深的根层。

研究人员表示，发现克拉通滴水现象意义非凡，因为它是实时发生的。这为科学家提供了一个独特的机会来观察克拉通变薄的进程。

研究中的一张图显示了岩石从克拉通滴落。研究人员推测，滴落是由克拉通下方俯冲的法拉隆板块的残余物造成的。图片来源：《自然地球科学》，华等人。

滴水主要集中在美国中西部。研究人员保证，无需担心大陆会很快被掏空或滴水会改变地貌。驱动滴水的地幔过程会影响板块随时间的变化——但这种变化非常缓慢。更重要的是，随着板块残余沉入地幔深处，其对克拉通的影响逐渐减弱，滴水预计最终会停止。

杰克逊学院地球与行星科学系和地球物理研究所的教授、论文合著者托尔斯滕·贝克尔说，这一发现对于研究大陆整个生命周期的地质学家来说至关重要。

“如果我们想了解一颗行星在很长一段时间内是如何演化的，这类事情就很重要，”贝克尔说。“它帮助我们了解如何形成大陆，如何分裂大陆，以及如何将它们循环回地球。”

此次滴水现象的发现源自华教授领导的一项大型项目，该项目采用论文合著者斯蒂芬·格兰德（现为杰克逊学院名誉教授）及其团队开发的方法，为北美创建了一种新的全波形地震层析成像模型。该计算机模型利用 EarthScope项目收集的地震数据，揭示了北美地壳和地幔中发生的地质过程的新细节。华教授目前是中国科学技术大学的教授。

地震波以不同的速度穿过不同的地质特征。这张地图显示了美国大陆以及中美洲和加拿大部分地区 200 公里深处地壳的地震速度。北美克拉通（黑色虚线部分）的地震速度与周围地区相比较高。图片来源：《自然地球科学》，华等人。

贝克尔说：“由于使用了这种全波形方法，我们可以更好地描述深层地幔和较浅的岩石圈之间的重要区域，我们希望从那里获得有关岩石圈发生情况的线索。”

该模型首次以这种方式将水滴呈现在人们眼前。它还帮助研究人员推断，法拉隆板块（一个大约在过去 2 亿年中一直俯冲到北美之下的海洋构造板块）可能正在推动这一过程，尽管它与克拉通相距约 600 公里。

20 世纪 90 年代，格兰德首次通过地震成像观测到该板块，该板块在塑造北美板块的过程中发挥了重要作用。研究人员认为，该板块现在正通过改变地幔物质的流动方向，从下方侵蚀大陆，使其与克拉通底部发生剪切，并释放出挥发性化合物，削弱其基底。

华说，尽管滴水只集中在克拉通的一个区域，但板块似乎与整个克拉通的物质发生了相互作用，克拉通覆盖了美国和加拿大的大部分地区。“大范围的衰退正在加剧。”

当研究人员建立这些动力学的计算机模型时，模型克拉通在法拉隆板块存在时会滴落。当板块移除时，滴落停止。

贝克尔承认计算机模型有局限性。但他表示，模型与数据的相似性是一个好兆头。

“看着一个模型，然后说，‘它是真实的吗，我们是否过度解读了数据，或者它是否告诉了我们一些有关地球的新信息？’”贝克尔说。“但在很多地方，这些斑点确实来来去去，这（向我们展示了）真实的东西。”

编译自/scitechdaily