地壳像蜂蜜一样滴入安第斯山脉下的内部

它已经发生了数百万年。

智利首都圣地亚哥的天际线在日落时分。 背景中可以看到 5,530 英里长的安第斯山脉的一小部分。 (图片来源:Sébastien Lecocq via Alamy)
智利首都圣地亚哥的天际线在日落时分。 背景中可以看到 5,530 英里长的安第斯山脉的一小部分。 (图片来源:Sébastien Lecocq via Alamy)

科学家们发现,地壳正在“像蜂蜜一样”滴入我们星球在安第斯山脉下方的炽热内部。

通过在沙箱中建立一个简单的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,表明地壳在被粘性地幔吞噬后,已经在安第斯山脉数百英里处“雪崩”。

这个过程被称为岩石圈滴落,已经发生了数百万年,在世界各地的多个地方——包括土耳其中部的安纳托利亚高原和美国西部的大盆地——但科学家们直到最近几年才了解到这一点。 研究人员于 6 月 28 日在《自然:通讯地球与环境》杂志上发表了他们关于安第斯滴水的发现。

“我们已经证实,安第斯山脉地区表面的变形使大部分岩石圈 [地壳和上地幔] 崩塌,”该大学地球科学研究员和博士生 Julia Andersen多伦多,在一份声明中说。 “由于它的高密度,它像冷糖浆或蜂蜜一样滴入行星内部更深处,很可能导致安第斯山脉中部的两个主要构造事件——将该地区的地表地形改变了数百公里,同时挤压和拉伸了地壳本身。”

地球地质的外部区域可以分为两部分:地壳和上地幔,它们形成坚硬的岩石板块,即岩石圈;以及下地幔中温度更高、压力更大的塑料状岩石。岩石圈(或构造)板块漂浮在这个下地幔上,其岩浆对流可以将板块分开形成海洋;将它们相互摩擦以引发地震;并碰撞它们,将它们滑到另一个下方,或者将板块中的一个缝隙暴露在地幔的猛烈热量下,形成山脉。但是,正如科学家们开始观察的那样,这些并不是形成山脉的唯一方式。

当两个碰撞和皱缩的岩石圈板块升温到一定程度以致它们变厚时,就会发生岩石圈滴落,形成一个长而重的液滴,渗入行星地幔的下部。随着液滴继续向下渗出,其不断增长的重量拉扯上面的地壳,在地表形成一个盆地。最终,液滴的重量变得太大而无法保持完整;它长长的生命线突然断裂,其上方的地壳向上延伸数百英里——形成山脉。事实上,研究人员长期以来一直怀疑这种地下拉伸可能促成了安第斯山脉的形成。

安第斯中部高原由普纳高原和高原高原组成——长约 1,120 英里(1,800 公里),宽 250 英里(400 公里),从秘鲁北部延伸到玻利维亚、智利西南部和阿根廷西北部。它是由南美构造板块下方较重的纳斯卡构造板块的俯冲或滑移形成的。这个过程使上面的地壳变形,将其推向空中数千英里,形成山脉。

但俯冲只是故事的一半。先前的研究还指出,中安第斯高原的特征无法用俯冲过程缓慢而稳定的向上推动来解释。取而代之的是,安第斯山脉的部分地区看起来像是从整个新生代(地球当前的地质时期,大约在 6600 万年前开始)地壳中突然向上的脉冲中产生的。普纳高原也高于高原,拥有火山中心和大盆地,如阿里扎罗和阿塔卡马。

这些都是岩石圈滴水的迹象。但可以肯定的是,科学家们需要通过对高原地面进行建模来检验这一假设。他们用模拟地壳和地幔的材料填充了一个有机玻璃罐,使用聚二甲基硅氧烷(PDMS),一种比食用糖浆厚约1000倍的硅聚合物,用于下地幔;用于上地幔的 PDMS 和造型粘土的混合物;以及用于地壳的细小的陶瓷球和二氧化硅球的沙状层。

“这就像在沙盒中创建和破坏构造山带,漂浮在模拟的岩浆池上——所有这些都是在极其精确的亚毫米测量条件下进行的,”安徒生说。

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