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探尋北大西洋“新碗”之成因

來源:未知 發布時間:2012-08-20 10:55 點擊: 次  [打印本頁] [關閉窗口]
記者 崔鯨濤

 


  “我們腳下的大地在動嗎?”“是的,下面有4個烏龜馱著哪。”來自國家海洋局第二海洋研究所的張濤博士從小對媽媽關于地球如何運動的解釋深信不疑,而正是這份好奇讓他與地球動力學有了不解之緣。
  當前,首次到達北冰洋大西洋扇區的中國第五次北極考察隊員正在開展水文大氣、地質地球物理、海洋大氣化學、海洋生物生態綜合考察,以獲得北冰洋大西洋扇區的第一手研究資料,填補我國對北大西洋環境研究的空白。張濤及其所在的地球物理作業組在北大西洋洋中脊的地球物理探測就是本階段科考作業的一大亮點,他們將通過對北大西洋中脊水深、重力、磁力和人工地震的調查,來反演北大西洋中脊的擴張速率、地殼厚度、磁化強度和斷層形態,研究海洋地殼和海洋巖石圈的形成和演化過程。
  “全球的海水被大陸分開,形成了我們所熟知的各大洋。在大洋的底部,是海洋地殼在支撐著海水。一般來說,越遠離大陸的地方海水越深,所以海洋地殼就如同一個個‘碗’一樣盛著海水。比較特殊的是,海洋地殼這個‘碗’是在不斷地循環變化著,目前可判定的海底年齡最老也不過2億年,而海水的形成則更為久遠,這就好比是新碗盛著老湯。”張濤說。
  大西洋最老的海洋地殼僅為1.3億年,這個“新碗”究竟是如何形成的?張濤解釋說,海洋地殼是在大洋中間的洋中脊形成的,洋中脊向兩側不斷地運動,最終通過俯沖的形式消失在俯沖帶。根據板塊構造學說,除非碰到俯沖帶和地幔柱,海洋板塊在洋中脊形成后就不再變化。因此,對洋中脊的探測為我們研究海洋地殼和海洋巖石圈的形成和演化過程提供了一個獨特的窗口。
  由于海洋地殼形成于洋中脊,一個最為重要的問題就是:在洋中脊每年形成多少量的海洋地殼?“這里的量包括兩部分,一是每年新生海洋地殼水平方向的長度,即生長速度,另一個則是其垂直方向的厚度。”張濤說,“確定生長的速度需要知道距離和時間,距離可以直接測量,而時間則需要用到海洋地磁的方法。由于每隔一段時間地球磁極都會發生倒轉,即磁南極和磁北極互換,這樣當時形成的巖石就保留了當時的地球磁場特征。通過巖石測年和巖石磁性對比,就可以得到一個地磁的正負排序和年齡的關系,從而將磁力數據轉變為地殼年齡;在確定地殼厚度的時候,我們使用重力的方法。海洋地殼密度低于地幔,而重力恰恰可以反映密度的變化,因此能夠反演地殼的厚度。此外,海洋地殼的形成受到擴張速率、地幔溫度、地幔物質組成等因素的影響,這些參數會影響巖石圈的流變性,導致不同的斷層類型,通過地震測量出的地層還可以識別出海底斷層類型、活動周期和斷層形態,用于反映深部動力學信息。”
  此次地球物理的重點探測區域為北大西洋的Mohns洋中脊。“洋中脊的幾何形狀與巖漿-構造活動直接相關。Mohns洋中脊在北緯73.5°處突然轉向近45度,是全球洋中脊轉向角度最大的區域。而且,全球洋中脊的平均擴張速率和人類指甲生長的速度接近,約為每年30毫米,而Mohns洋中脊擴張速率僅為全球的一半。因此,Mohns洋中脊為研究慢速-超慢速擴張轉換區域、斜向擴張以及非對稱擴張提供了獨一無二的環境。”張濤說。
  據悉,此次地球物理作業將通過對Mohns洋中脊的水深、重力、磁力和人工地震的調查,反演調查區域的擴張速率、地殼厚度、磁化強度和斷層形態,用于分析慢速-超慢速過渡擴張中脊的斜向擴張、非對稱擴張、中脊分段性等特征,反映地幔溫度、地幔物質組成、巖石圈特性等深部地球動力學信息,以完善全球洋中脊的擴張模式。

 

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