作者:文乐乐 来源:中国科学报 发布时间:2021/1/5 22:43:14
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板块减缓活动催生地球冰原

 

在全球的海沟中,古老的海洋地壳板块正缓慢地向地幔俯冲,而新的板块在大洋中脊上形成,岩浆则从分离的构造板块间涌出。不过,这一“发动机”有时并不稳定。

在美国地球物理学会近日举行的一次线上会议中,布朗大学地球物理学家Colleen Dalton提出,从1500万年前的中新世晚期开始,洋壳产生量在1000万年内下降了1/3,速度很慢,这一缓慢速度一直持续至今。“这是一个全球现象。”

未参与相关研究的挪威奥斯陆大学地幔动力学家Clint Conrad说,在地球的16个洋脊中,有15个的地壳形成放缓或保持稳定。

“它对气候的影响可能是明显的。”Conrad说,“如果短时间内大幅减缓板块构造运动,那么火山活动释放的二氧化碳就会少很多。”

这种减缓与中新世晚期气温下降10℃相对应,当时的冰原在中断生长很长一段时间后开始在南极洲形成。

海底扩张会被大洋底的磁区捕捉到。地球磁场每100万年就会翻转,而这种逆转会冻结在洋中脊形成的岩石中。

大西洋和印度洋的海脊扩张缓慢,这意味着考察船只能以大约1000万年的时间分辨率进行测绘。不过,威斯康星大学地球物理学家Charles DeMets和俄罗斯圣彼得堡国立大学的Sergey Merkuryev,利用装载了磁力仪的俄罗斯军舰提供的数据,将海洋盆地的分辨率提高到100万年。

“事实证明,在很多我们不知道的地方,隐藏着令人惊讶的信号。”DeMets说。

Dalton和同事则补充了太平洋的高分辨率记录,为这幅图片增添了新内容——太平洋海底扩张得更快、更复杂。

在全球视野下,这种减速立即变得明显起来。DeMets说,减速出现了两次:第一次在1300万年前到1200万年前的太平洋,第二次在700万年前的大西洋和印度洋。

同时,研究小组发现,大气中二氧化碳的下降似乎可以解释当时全球变冷的原因。但Dalton说还有其他的解释。例如,古代的火山岩从海洋中升起,在印度尼西亚这样的地方形成了新的山峰,并开始吸收更多的二氧化碳。

加州大学伯克利分校古地理学家Nicholas Swanson-Hysell说,这两种机制都可以解释二氧化碳的下降,可哪一个更重要仍是谜题。

除了降低二氧化碳,地壳运动的减速还会改变地球表面的形状。当海底火山活动减少,大洋中脊就会变小,从而增加海洋容量——据Dalton计算,海平面会下降22米,露出大片新陆地。

当火山停止活动后,地球自身释放内部热量的效率会降低5%,损失约1.5太瓦的输出能量,大约相当于1500座核电站的发电量。这不会对大气温度造成太大的影响,但Dalton认为,它让人们对地球各个时代都有恒定热量损失的假设产生了疑问。

在英国牛津大学地球物理学家Karin Sigloch看来,尽管有很多信息需要梳理,但很明显,从相对较短的地质时期来看,板块构造运动中没有什么是恒定的。“变化总是可以预料到的。”板块断裂、海底岩浆的突然喷发……所有变化都产生了巨大的气候影响。

 
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