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地壳留下冰河时代印记
时间:2015-03-02  作者:Sung-Hyun Park, 翻译:张章  来源:《科学》              【复制地址】【打印】【关闭】
海底山丘折射气候循环周期

 

冰川融化使海平面上升,从而导致海洋地壳更薄。图片来源:Duane Miller/Getty

本报讯 近日,科学家发现,冰河时代在地球厚厚的海洋地壳上留下了印记。在冰河时期,海平面较低,从大洋中脊喷涌出的岩浆形成了原始地壳。但在温暖时期,海平面升高,新地壳的产生就受到阻碍,比如现在。

“我们知道火山会对气候产生影响。而我们在探索的则是气候循环也会影响海洋火山作用。”该研究参与者、英国牛津大学地球物理学家Richard Katz说。相关研究成果近日发表于《科学》杂志。

研究人员表示,他们已经发现了这对澳大利亚和南极地区之间的海底山丘链产生的作用。Katz解释道,原因是更高的海平面会对海底下方的地幔产生更大压力。这似乎能在熔岩和气体喷发时,放慢它们从地幔向大洋中脊的运输速度。

轴倾角和绕日运行轨道的周期性变化,促使地球在过去200万年间,连续交替出现冰河时代和温暖时期。在冰河时代,更多的水被“围困”在陆地上,结果是海平面比温暖时期低100多米。而Katz指出,这就使得海洋地壳增厚了约800米(即增加了10%)。

不过,人为气候变化将不会强加给这一模型更多的额外变化。从地质学角度而言,目前的海平面已经很高。而科学家必须辗转很长时间,以辨别现在海平面上升对海洋地壳产生的影响:由于岩浆从地球内部缓慢向地表蔓延,因此,海平面变化和地壳厚度峰值的响应之间相隔的时间可能约为5万年。

科学家已经知道冰川压力变化,会影响大陆板块下方地球上地幔中发生的事情。例如,人们认为冰川消失会强有力地增加地幔熔化和冰岛下方的火山作用。但许多地质学家怀疑,海平面变化的单独作用,能否对深海海底的山脊区域产生相似的影响。

但Katz和同事的估算结果显示,海平面变化可能间或影响蔓延在海底山脊地区的洋壳的厚度。而这种影响是复杂的:它取决于海平面、海平面上升或下降的速率、岩浆从地幔上涌的速率以及洋壳从大洋中脊向两侧延展的速率。

然后,该研究小组通过检验澳大利亚—南极洋脊海床的两个区域验证了该假设,韩国破冰船全洋号于2011年和2013年对该区域进行了调查。这里分布着海拔约有200米的狭长海底山脉。(Katz表示,洋壳厚度的变化需要产生约800米的山峰;大部分地壳淹没在了地幔中,就如同一座浮动冰山的大部分位于水下。)

地震活动、沉积作用、火山和海底扩展的混合作用形成了这些海底山峰。但研究人员表示,排列在该地区洋底深海平原边的山丘,似乎存在一个明显的地壳厚度变化模式,它们对应于2.3万、4.1万和10万年的米兰科维奇周期——即触发某些冰期的地球轨道及倾斜的变异。

“这是一个引人注目的发现,而且对理解海洋地壳的形成非常重要。”未参与该研究的美国加州大学圣塔巴巴拉分校地质学家Ken Macdonald说。“它很有说服力。”麻省理工学院海洋学家Carl Wunsch说。

而近日发表于《地球物理研究通讯》上的另一篇论文也得出了类似结论。哥伦比亚大学地球物理学家Maya Tolstoy还发现,火山活动沿着东太平洋海隆(墨西哥离岸海域的海洋山脉)周期性起伏。

Wunsch表示,可以想象,检验地壳厚度变化将提供针对过去冰川周期的新理解,并帮助科学家更好地洞察之前所发生的海平面变化。同时,去年夏天,研究人员在俄勒冈州和华盛顿州离岸水域胡安·德·富卡洋中脊实施的高分辨率地形测量,也为牛津大学研究小组提供了进一步检验假设的机会。“我们很快会对数据进行分析。”Katz说



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