研究显示，大陆分裂导致深部地球波，进而引发地形特征的上升
研究表明，大陆分裂导致深部地球波，进而引发如悬崖和高原等地形特征的形成。
南安普顿大学领导的一组科学家回答了板块构造学中最令人困惑的问题之一：大陆的“稳定”部分是如何逐渐上升形成地球上最壮观的地貌特征的。
在最近发表在《自然》杂志的研究中，研究人员检查了全球构造力在数亿年时间尺度上对地貌演化的效应。他们发现，当地壳板块分裂时，会引发地球深处的强大波浪，这些波浪可能导致大陆表面升高超过一千米。
悬崖和高原之谜
这些发现有助于解决一个长期存在的谜题，关于塑造和连接地球最壮观地形的动态力量——被称为“悬崖”和“高原”的广泛地形特征，这些特征对气候和生物有着深远的影响。
科学家们长期以来一直怀疑，称为巨大断崖的千米级高地貌特征——就像环绕南非的经典例子——是当大陆裂开并最终分裂时形成的。然而，解释为什么远离这些断崖的大陆内部部分会升起并被侵蚀，这一过程要困难得多。这一过程是否与这些高耸断崖的形成有关联？简单来说，我们不知道。”这是南安普顿大学地球科学教授、主要作者汤姆·格伦的观点。
大陆稳定部分，称为克拉通的垂直运动，仍然是板块构造学中最不被理解的方面之一。
南安普顿大学的团队，包括 Thea Hincks 博士、Derek Keir 博士和 Alice Cunningham，与柏林洪堡中心——德国地球科学研究中心的同事以及伯明翰大学的同事合作，以解决这一基本问题。
他们的结果有助于解释为什么过去被认为“稳定”的大陆部分会经历显著的抬升和侵蚀，以及这些过程如何可以向内陆迁移数百甚至数千公里，形成被称为高原的广阔地区，例如南非的中央高原。
大陆隆升与侵蚀建模
基于他们去年在《自然》杂志上发表的研究，该研究将钻石喷发与大陆分裂联系起来，研究团队利用高级计算机模型和统计方法来探究随着时间的推移，地球表面如何响应大陆板块的分裂。
他们发现，当大陆分裂时，大陆地壳的拉伸会在地幔（地壳和核心之间的大量层）中引起扰动运动。
帕茨坦德国地质研究所领导地质动力学建模部分的萨沙·布鲁内教授说：“这个过程可以类比为一种扫动动作，这种动作朝向大陆移动并扰乱它们的深层基础。”
布伦教授和安妮·格鲁姆博士，在波茨坦进行模拟实验，以研究这一过程的展开方式。研究团队注意到一个有趣的现象：他们在模拟中观察到的 mantle ‘波’在大陆下的移动速度，与古大陆冈瓦纳分裂后，横扫南非地区的大规模侵蚀事件的速度非常接近。
科学家们拼凑证据提出了一个理论，认为大断层起源于古代裂谷的边缘，就像今天东非大裂谷边缘所见的陡峭悬崖一样。同时，裂谷事件还引发了一个“深部地幔波”，这个波沿着大陆的底部以大约每年 15-20 公里的速度传播。
他们认为这波浪对流性地从大陆根部移除了一层岩石。
“就像热气球减重以升得更高一样，大陆物质的减少导致大陆上升——这个过程被称为等高性。”教授布伦说。
基于此，研究团队模拟了地表如何响应地幔驱动的抬升。他们发现，地幔不稳定性迁移导致了一波持续数千万年的地表侵蚀浪潮，并以相似的速度横跨大陆。这种强烈的侵蚀移除了大量的岩石，导致地表进一步上升，形成高原。
“我们的景观演变模型展示了如何一系列与裂谷相关的事件可以导致形成悬崖以及一个稳定、平坦的高原，尽管已经侵蚀掉了数千米厚的岩石层，”波茨坦 GFZ 地球表层过程建模教授、波茨坦大学同样基于该机构的让·布劳恩解释道。
团队的研究提供了一种新的解释，对于远离大陆边缘的地块的令人困惑的垂直运动，这里更容易发生抬升。
布里斯托尔大学地球系统系的副教授史蒂夫·琼斯博士补充说：“我们在这里看到的是一个有力的论点，即在某些情况下，分裂可以直接产生长期存在的大陆尺度上地幔对流细胞，而这些由分裂引发的对流系统对地球表面地形、侵蚀、沉积以及自然资源的分布产生了深远的影响。”
结论与未来方向
团队得出结论，引发钻石迅速从地球深部上升的同一系列地幔扰动，也从根本上塑造了大陆地貌，影响了从区域气候、生物多样性到人类定居模式等一系列因素。
格伦农教授获得了伍德下一基金会，由大休斯顿社区基金会管理的重大慈善赠款，用于研究全球冷却。他解释说，大陆分裂不仅扰乱了地球的深层结构，还对大陆表面产生了以前认为稳定的回响效应，影响了大陆表面。
“破坏大陆的核心必定也影响了古代的气候，”教授格伦总结道。
参考：
“大陆分裂期间克拉通边缘和内部的协同演化” 作者：托马斯·M·格伦，蒂娅·K·希恩克斯，萨沙·布伦，让·布劳恩，斯蒂芬·M·琼斯，德里克·基尔，爱丽丝·坎宁安和安妮·格勒姆，2024 年 8 月 7 日，《自然》杂志。
DOI: 10.1038/s41586-024-07717-1