地球引擎的一個扳手：停滯的板塊

科羅拉多大學博爾德分校(CU Boulder)的研究人員報告說，他們可能已經解決了一個地球物理之謎，找到了一種類似地球引擎扳手現象的可能原因。

發表在《自然地球科學》上的一項研究中，研究小組探索了「停滯板」的物理性質。這些地球物理上的奇怪現象是由於地球上的巨大板塊被迫深埋在地底某些大陸板塊的邊緣而形成的。這些碎片下沉到地球內部數百英里，直到它們突然像一輛拋錨的汽車一樣停下來——原因是科學家無法解釋。然而，古博爾德的魏茂和鍾世傑可能已經找到了這種停頓的原因。利用計算機模擬，研究人員檢查了日本和菲律賓附近太平洋上的一系列停滯的板塊。他們發現，這些冰冷的岩石似乎是在地表以下約660公里(410英里)處的上地幔和下地幔交界處的一層薄層上滑動。

這種停滯很可能是暫時的:「儘管我們看到這些板塊停滯不前，但它們是相當近期的現象，可能發生在過去2000萬年，」這項新研究的合著者、科羅拉多大學博爾德分校物理系教授鍾說。這些發現與地球表面的構造和火山活動有關。鍾解釋說，位於地核上方的地幔會產生大量的熱量。為了使地球降溫，熱的岩石通過地幔上升，冷的岩石下沉。「你可以把這種地幔對流看作是一個巨大的引擎，驅動著我們在地球表面看到的一切:地震、造山、板塊構造、火山，甚至地球磁場，」鍾說。

然而，在十年前，地球物理學家首先發現了停滯的板塊，這使得這個比喻更加複雜，表明地球的引擎可能會在某些地區停止運轉。反過來，這可能會改變科學家們對不同地貌的看法，比如東亞不斷翻滾的火山在地質時期形成。科學家們已經在西太平洋找到了這些板塊，特別是在日本東海岸和馬里亞納海溝的深處。它們發生在俯衝帶的位置，或者是地球表面的海洋板塊沉入地下數百英里的地方。在北美和南美附近的類似地點看到的板塊的運動方式可能是地球物理學家所期望的:它們穿過地球的上地幔，進入地核附近的下地幔。但在整個亞洲，「它們只是不會下降，」鐘山說。相反，這些板塊在上地幔和下地幔的邊界附近水平伸展，在這一點上，地球內部的熱量和壓力導致礦物從一種相變到另一種相。

為了找出板塊停滯不前的原因，物理學研究生鍾和毛開發了一種真實的模擬方法，來模擬能量和岩石如何在整個地球上循環。他們發現，唯一能夠解釋這些不流動板塊的行為的方法是在地幔的兩部分之間插入一層薄的低粘岩石。雖然還沒有人直接觀察到這樣的岩層，但研究人員通過研究熱量和壓力對岩石的影響，預測出它的存在。如果是這樣的話，這樣的一層就會像地球中部的一個油膩的水坑一樣。鍾教授說:「如果在這個深度引入一層較弱的油，那麼降低的粘度就會對這個區域起到潤滑作用。」「石板會發生偏轉，可以水平移動很長一段距離。」

停滯的板塊似乎出現在亞洲海岸以外，而不是美洲，因為大陸的運動給這些大塊岩石提供了更多的滑動空間。不過，鍾文博說，他不認為樓板會卡住。有足夠的時間，他懷疑它們會衝破地幔的光滑部分，繼續向地心俯衝。換句話說，地球仍然會像一個引擎一樣運轉——只是有幾個粘點。鍾教授說:「新的研究表明，這個故事可能比我們之前想像的要複雜得多。」

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