出品|网易科学人栏目组
译者|翟中超
科学家们相信他们已经回答了：大陆板块有多深？
“从宏观历史角度来看，板块构造是一个年轻的理论，”罗德岛大学的地震学家布莱恩·萨维奇说道。“板块构造理论大概出现于50或60年前，因此这段历史并不长。我总是告诉我的学生要把板块构造论和进化论进行比较——进化论有150年的历史，这和电学和磁学的历史相当。”
半个世纪以来，地质学家普遍接受了板块构造论。板块构造论通俗来讲就是在几亿年的时间里大陆漂移，海洋的面积也随之变化。这项理论也成为共识。人们知道为什么会发生地震、为什么非洲和南美洲似乎能紧密地连接在一起。并且地质学家还知道很多公众所不了解的特性：大洋板块比大陆板块更密实，比如说，大洋板块总是潜没在大陆板块之下。
但是研究板块构造学的学者仍然无法回答关于地球系统的一些紧迫性问题，他们不确定大陆是如何形成的，他们也不确定大陆是否会变形或走向毁灭。而且直到最近，学者仍无法自信地回答这个问题：大陆板块有多深？
上周发表在Science上的一项新研究可能给出了答案。利用世界上每个大洲的地震数据，该论文发现大陆板块从距地表80到120英里的范围内开始。
换句话说，相比你和大陆板块底部的距离，现在你距太空的边缘反而更近些。
这一发现将帮助科学家提高我们对板块机制的理解——不仅仅是板块的深度或成分，还包括板块是如何在地球上进行移动。地球由不同的层构成，中小学生都很熟悉课本上的这些知识：地壳下边界在地表以下3到40英里；化学成分主要是含铁镁的硅酸盐的地幔向下延伸了1800英里；主要由铁、镍元素组成的内地核和外地核距地表有3959英里。
“想象一下，你从烤箱里取出一块刚做好的热软糖巧克力蛋糕。”
但是课本上这些熟悉的术语只介绍了构成地球的不同圈层及其化学成分，并没有描述板块如何移动及遇热时如何反应。因此，地质学家们选用更具体的词——岩石圈和软流圈。
“想象一下，你从烤箱里取出一块刚做好的热软糖巧克力蛋糕。一开始蛋糕是软的，” 未参与这项研究的莱斯大学地质学家Cin-Ty Lee说道。“然后它会从顶部开始冷却随后会产生硬层。蛋糕冷却的顶层就好比地球上的岩石圈，岩石圈是地球上位置最靠上的部分。”
岩石圈也可理解为是组成构造板块的一层。岩石圈下面的温暖部分构成了软流圈。据估计，软流圈温度约1300摄氏度，压力有3万个大气压，已接近岩石的熔点，因此形成了超铁镁物质的塑性体，在压力的长期作用下，以半粘性状态缓慢地向上涌动、左右滑动又不断与自身混合。
实际上，岩石圈与软流圈看上去化学性质上是类似的，在边界位置尤其明显。但两者的热力差异是非常明显的。地球的内部温度大约是1400摄氏度，而地表面平均温度为25摄氏度。
“横跨1400摄氏度到25摄氏度，这就是岩石圈”
地质学家在很久以前就确定了地球的化学层。科学家可以通过地面研究、地震台和重力感应卫星进行预估，但这些技术手段很难确定岩石圈的边界。更有甚者，科学家经常得出矛盾结果：一些人根据火山附近的金刚石来估计岩石圈的深度，另一些人则尝试通过测量地震波如何穿过地球内部来确定岩石圈深度。相比地震波测量组，金刚石测量组估计的结果显示岩石圈的下边界距地表更近些——约地表下100英里处。
科学论文“调和”了上段中两项结果。这项最新研究的数据量更大、分辨率更高，分析了每个大陆的信息来估计岩石圈的深度。“我们研究了从1990年到2015年世界各地震级5.5及以上的地震所产生的地震波数据，”南安普顿大学研究员Saikiran Tharimena说道。研究小组还专门研究了的板块中段部分——加拿大地盾（指克拉通中前震旦纪或前寒武纪结晶基底大面积出露的地区）中心位置——并非多岩石、成碎片状的海岸。
传统观点认为大陆板块系统就是漂浮在地下岩浆上的巨大的陆地。
有了更大的数据库支持，建模也就更易感知，研究人员能够发现在地表下80-130英里处的“金刚石信息线”上有一个巨大的截线。
这一发现使我们对大陆板块的理解有了很大的发展。传统观点认为大陆板块系统就是漂浮在地下岩浆上的巨大陆地。真相或多或少有些戏剧性：Tharimena和她的同事表示，在岩石圈下边界处，地幔中的岩石由于增加的压力而稍微融化了。总的来说，软流圈顶部的岩石可能会融化1%——但是，这种听起来微不足道的融化足以润滑大陆产生漂移。
“地震波速度在软流圈会发生陡变，”Tharimena在一封邮件中向我表示道。这一变化如此剧烈，不可能是单纯地由高温或化学变化造成的，研究人员说道。
“想要如此大幅度改变速度是很难做到的，极少数办法之一就是添加一个液相，”李说道。“这是第一篇暗示大陆下存在一个低速区的论文。”
李还赞扬了论文所采用的方法论并称这是一项“非常有趣”的发现。
“这篇论文没有回答熔融物是造成了大陆漂移原因还是大陆漂移的结果，”李告诉我说道。话句话是，现在的大陆板块分界线大概在100英里处，但这个距离可能是化学的偶然而并非地球的永久特征。
“现在看来岩石圈的厚度似乎与之相交，但这并不意味着地球历史或未来都是如此，”李说道。
Tharimena说，下一步研究将利用高分辨率技术来分析更广范围的岩石圈，特别是在海陆相交的地方。这将有助于我们了解岩石圈在哪里结束，以及更剧烈的软流圈在哪里开始。这将有助于回答一个更大的问题：大陆最初是如何形成的？
“我们一直在对板块构造进行研究，但我们对自己所了解的东西总是一知半解，”萨维奇说道。然后他笑着道：“也许进化生物学家也会这么感叹！”
本文来源：网易科学人
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