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“小”矿物塑造“大”板块

微小矿物造成的岩石裂缝可能是地球板块形成的原因。

内奥米·路毕克

也许你很难相信,早期地球表面上的第一条裂缝竟然与1毫米粒径的微小矿物有关。根据两位科学家提出的假设,早期的裂缝是由于这些矿物的“磨损”而产生的。《自然》杂志2014年4月24日发表了一项研究成果,这项研究表明,经过计算机的模拟,发现这些细小矿物通过一系列变化可以产生缝隙,分割出了最初的板块,并催生了板块构造运动。

地球的地壳被分成了几大板块,它们都在不断运动。在断裂带,一个板块可能与另外一个板块发生碰撞。而在俯冲带,一个板块可能俯冲到另外一个板块的下方,这些活动的结果就是引发地震或火山。当板块分裂时,会有新的地壳产生。金星是地球的近邻,也像地球的“双胞胎”,无论从大小还是物质组成上都与地球很相似。历史上,它可能具备板块运动的先天条件,但是它却没有发生板块运动。

很长一段时间里,科学家们都想搞清楚板块构造运动的缘由。45亿年前,也就是地球形成初期,地球的中心逐渐浓缩成一个致密的铁质内核。内核被地幔包裹,而地幔是缓缓流动的熔岩。地幔的外部是一层坚硬的“表皮”,被称为岩石圈。由于冷热物质的轻重差异,导致热的岩浆会上升,而冷的地壳则会下沉。科学家们认为,在地球初期,岩石圈中大块的较冷岩石会周期性地沉入地幔,或者融化并“滴”进地幔中。

“这种滴落方式会使岩石圈遭受破坏。”美国耶鲁大学的地球物理学家大卫·伯科维奇(David Bercovici)如是表示。他与法国里昂大学的杨尼克·理查德(Yanick Ricard)正在研发一种新的模拟算法。他们表示,这种循环往复的机械式损伤会使造岩矿物不断变少,并且更容易被磨损。科学家们对毫米级及以下粒级的晶体进行了观察,设计出了一般情况下岩石圈矿物变化的模型。结果显示,随着微小晶体的粒径不断缩小,它的变形程度也会越来越大。而造岩矿物晶体的粒径越小,就越容易导致宏观尺度上岩石的变形。

由于造岩矿物所受的破坏有增无减,导致岩石圈中始终存在着狭窄的侵蚀通道。

研究人员认为,地幔对流的压力会“撕扯”这些岩石圈中的薄弱地点,而它们的移动促使形成最初的俯冲带。在接下来长达大约10亿年的时间里,这种活动都在间歇式地进行。足够的“滴落”与“撕扯”会逐渐建立起一种模式,推动板块构造运动的进行。

在地球上,岩石圈的造岩矿物一直都是不断损耗的,不会增长,也就是说它不会融入其他的岩石中产生更大的颗粒。与此形成鲜明对比的是金星。科学家们对金星进行了模拟,发现它的岩石圈始终保持比地球岩石圈高200~400摄氏度的温度,而它的矿物却可以不断增长。

美国索科罗新墨西哥州理工大学的地球化学家肯特·康迪(Kent Condie)认为,这个模型为板块构造运动的起源提供了一种解释,但是它缺少有关新岩石圈形成的机理。他表示:“到目前为止,还没有人能给出一个让人满意的答案,究竟为什么板块会运动。”究其原因,其中之一是缺少那个时代的物理记录。除了很少量的古代沉积之外,大部分40亿年前至30亿年前的岩石已经随着板块运动而深深地沉入地下了。 IzPXqfzAqQ0aWza6ouf/oXWBm6SLAhsHKZlHfeLMNwOzqfE4re3e8eXlrfLoGBx8

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