科学家揭示导致大陆上升的隐藏力量

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南安普顿大学的科学家解答了板块构造学中最难解答的问题之一：大陆的“稳定”部分如何以及为何逐渐上升，形成了地球上一些最伟大的地形特征。
他们发现，当板块分裂时，地球深处会引发强大的波浪，导致大陆表面上升一公里以上。
他们的发现有助于解决一个长期存在的谜团，即塑造和连接地球上一些最引人注目的地貌的动态力量——被称为“悬崖”和“高原”的广阔地形特征，对气候和生物有深刻的影响。
这项由南安普顿大学牵头的新研究考察了全球构造力对数亿年来地貌演变的影响。研究结果于8 月 8 日发表在《自然》杂志上。
南安普顿大学地球科学教授、这项研究的主要作者汤姆·格农说：“科学家们长期以来一直怀疑，陡峭的、高达一公里的地形特征，即所谓的大断崖——就像环绕南非的典型例子——是在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会上升并受到侵蚀，已经证明更具挑战性。这个过程是否与这些高耸的断崖的形成有关？简而言之，我们不知道。”
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为人理解的方面之一。
南安普顿大学的团队，包括 Thea Hincks 博士、Derek Keir 博士和 Alice Cunningham，与亥姆霍兹波茨坦中心——GFZ 德国地球科学研究中心和伯明翰大学的同事合作，解决了这一基本问题。
他们的研究结果有助于解释为什么以前被认为“稳定”的大陆部分会经历大幅抬升和侵蚀，以及这种过程如何向内陆迁移数百甚至数千公里，形成被称为高原的广阔高地，如南非中部高原。
将钻石与景观演化联系起来
研究小组以去年在《自然》杂志上发表的钻石喷发与大陆分裂之间的联系为基础，利用先进的计算机模型和统计方法来探究地球表面随着时间的推移如何对大陆板块分裂作出反应。
他们发现，当大陆分裂时，大陆地壳的拉伸会引起地球地幔（地壳和地核之间的大体积层）的搅动。
领导 GFZ 波茨坦地球动力学建模部门的 Sascha Brune 教授表示：“这一过程可以比作向大陆移动并扰乱其深层地基的横扫运动。”
同样在波茨坦工作的布鲁内教授和安妮·格勒姆博士进行了模拟，以研究这一过程是如何展开的。研究小组注意到一个有趣的模式：模拟中大陆下方地幔“波”的移动速度与古代超大陆冈瓦纳大陆分裂后席卷南部非洲地貌的重大侵蚀事件的速度非常接近。
科学家们将各种证据拼凑起来，认为大断崖起源于古代裂谷的边缘，就像今天东非裂谷边缘的陡峭墙壁一样。与此同时，裂谷事件还引发了“深层地幔波”，以每百万年约 15-20 公里的速度沿着大陆底部传播。
他们认为，该波通过对流作用去除了大陆根部的岩石层。
布鲁内教授说：“就像热气球减轻重量以升得更高一样，大陆物质的损失导致大陆上升——这一过程称为均衡。”
在此基础上，该团队模拟了地貌如何应对地幔驱动的隆升。他们发现，迁移的地幔不稳定性引发了一波持续数千万年的地表侵蚀，并以类似的速度席卷整个大陆。这种强烈的侵蚀带走了大量的岩石，导致地表进一步上升，形成高原。
“我们的地貌演化模型显示了一系列与裂谷作用有关的事件如何形成悬崖以及稳定平坦的高原，尽管几千米厚的岩石层已经被侵蚀掉了，”波茨坦大学 GFZ Potsdam 地球表面过程建模教授 Jean Braun 解释道。
研究小组的研究为远离大陆边缘的克拉通令人费解的垂直运动提供了新的解释，因为在大陆边缘，隆升更为常见。
伯明翰大学地球系统副教授史蒂夫·琼斯博士补充道：“我们在这里有一个令人信服的论点，即裂谷在某些情况下可以直接产生长寿命的大陆规模上地幔对流单元，这些裂谷引发的对流系统对地球表面地形、侵蚀、沉积和自然资源分布有着深远的影响。”
研究团队得出的结论是，引发钻石从地球深层内部快速上升的地幔扰动链也从根本上塑造了大陆地貌，影响了从区域气候和生物多样性到人类居住模式等一系列因素。
格农教授获得了大休斯顿社区基金会管理的 WoodNext 基金会的一笔大额慈善资助，用于研究全球变冷。他解释说，大陆分裂不仅扰乱了地球深层，还对此前被认为是稳定的大陆表面产生了影响。
“大陆核心的不稳定肯定也会对古代气候产生影响，”格农教授总结道。