只有地球才有的大陸漂移,在月亮上也出現了……嗎?

2020-11-23 手機鳳凰網

浩瀚無窮的宇宙中,地球孤獨地點燃著生命存在的燈火。為了消弭這份天生的孤獨感,我們收聽著太空中任何一絲無聲的電波,尋找著宇宙中任何一處與地球環境相似的地方。人們期待著,環境適宜的星球終會迎來生命的啼鳴。

於是,一系列要素被擺上了探索者的清單——從宜居帶到液態水,從富氧大氣到季節氣候…… 多少年過去了,我們在宇宙深處找到了一顆又一顆「潛在宜居」的行星,推演出一批又一批「相對吻合」的細節,可至今改變不了這樣的事實——地球仍然有兩件寰宇之中僅此一家、獨一無二的特質

其一自然是生命本身;而其二,則是巖石圈的板塊構造。我們每日立足的大地、放眼遠眺的山川,都是地球孕育的獨特奇蹟。它們是板塊構造的產物,是地球巖石圈億萬年生生不息的象徵。

但科學家近日發現,在地球之外,其它星球也存在著以往認為只有板塊活動才能形成的地質構造。這顆奇異的星球不在光年外的深空異域,而就在我們身邊。

它是我們的衛星,月亮

科學家在月球上發現了以往認為只有板塊活動才能形成的構造| Steed

獨一無二的活躍家園

板塊構造最為人們熟知的一個現象,可能就是大陸漂移了。在這個科技蓬勃發展的年代,大陸漂移已經從當年顛覆性的假說,變成了能夠被衛星測距系統直接驗證的事實。

但是呢,「大陸漂移」這4個看上去很好理解的字,卻隱含著一個不易察覺的錯覺——仿佛我們的大陸是漂浮在海水裡的方舟,是海水在承託著它到處活動。實際顯然不是這樣的——大地不可能「漂」在水上。只有把這層容易誤導人的水圈從地球表面挪走,板塊構造的實質,才能真正撥雲見日。

這個實質就是:地球的外殼並不是一個整體。它是破碎的、是割裂的,從地球誕生至今幾十億年,地球的表層完全沒有癒合過。在今天,仍舊有大大小小十幾片「七巧板」貼在地球的表層,不留一點縫隙地完美覆蓋著這個龐大球體的表面。

地球的巖石圈並非完整一塊,

而是由多個獨立的板塊拼貼而成| wikipedia

每一塊「七巧板」都是能活動的,由於它們嚴絲合縫地覆蓋著地球表面,中間並沒有自由空間,當它們想活動時,就會與相鄰板塊產生力的作用。

地球上近乎所有的地質現象,都是板塊間力的作用的表現。正是有了板塊邊緣的擠壓或拉張,地球表面才會出現綿延的山嶺、陡峭的裂谷、連串的島弧和幽深的海溝。而相對穩定的板塊內部,由於沒有太多力的作用,水流和風才能經年累月地磨蝕著地表的高低起伏,將其抹成一馬平川的平原沃野。

這些機理聽上去簡單,對宇宙中已知的其他星體來說,能辦到的卻一個都沒有。有很多巖質星體擁有大氣層,因而可以有風,甚至產生季節的更替(比如土衛六),另一些行星內部甚至也可以很活躍,不斷發生火山與地震(比如金星和木衛一)。但無論怎樣,除地球以外,人們並沒見到哪顆星球的大地碎成一塊一塊,千萬年不停地運移、千萬年不停地塑造著地表的模樣

而地球能產生這一切的關鍵,在於它擁有一個能夠持續對流的軟流圈。

軟流圈對流拖動上覆板塊發生移動的示意動圖| learnclick.com

板塊構造的驅動力

軟流圈是地幔中的一個圈層,它位於板塊下部,整體能夠以塑性形式流動,像傳送帶一樣馱著它上面的板塊一起運移,產生所謂的板塊構造。

但這個會對流的地幔,依然不是第一推力。

想要維持對流,得要能量;想要維持億萬年的對流,得要消耗天文數字般的能量。畢竟,星球尺度的龐大傳送帶,可不是那麼容易帶動的。它的能量來源,位於地球最深處的地核。

得益於地球誕生早期本身巨大的吸積體量,以及形成不久後與另一個原行星的碰撞融合,今日的地球擁有著太陽系四大巖質行星中最大的體積——以及最大的地核。這個龐大的地核,一方面釋放著最初由無數塵埃和原行星的動能轉化的內能;一方面,在行星分異過程中沉入星球最深處的大量放射性元素,又使得地核成為一個天然的裂變反應堆,億萬年來不停釋放出能量,驅動著軟流圈進行不竭的對流。

地球上的板塊運動,能量源於地核深處。 

其他巖質星體就不一樣了。它們體積小,內部總能量和保溫能力也就小。比如火星,它的地幔早已冷卻了,導致今天火星幾乎沒有內動力地質活動。

科學家卻在比地球、甚至比火星體積小太多的月亮上,發現了以往只有在板塊活動過程中才會形成的地質構造。這個地質構造不是40億年前月球尚未冷卻時的活動遺蹟,直到今天它仍在活躍地運動著。

難道月球也具有板塊構造,仍有著一顆未冷的內心?

月球版的板塊活動?

月球上新確認的地質構造叫做「逆衝推覆構造」,是今天的科學家挖掘阿波羅登月時代的數據後發現的。雖然對數據的解釋滯後了近半個世紀,但這份新發現對學界的衝擊力可一點不小。今年5月13日,成果發表在權威地球科學期刊《Nature Geoscience》上。

50年前,阿波羅11號太空人在月面上安裝地震儀| NASA

「逆衝推覆構造」是地殼中產生的位移量巨大的低角度逆斷層。這句話聽起來非常拗口,必須要拆開來解釋一下。

當地殼內出現斷裂面時,除非完全垂直,否則斷裂面永遠會把地殼分為上下兩個部分。處於斷裂面上邊的那部分叫做的「上盤」,而處於斷裂面下部的叫做「下盤」。

如果上盤和下盤之間發生了相對運動,最終產生的地質構造就叫「斷層」。所謂逆斷層,就是上盤向上移動、下盤向下移動的斷層類型。

而所謂「逆衝推覆構造」,則需要在逆斷層的前面再加兩個定語:其一,斷層面的傾斜角度特別低;其二,上下兩盤的相對位移量非常巨大。

說穿了,你把一本書放在一個角度非常平緩的斜坡上,使勁搓一下書,把它搓上去,這就是「逆衝推覆」

人們一直認為,這種獨特的大型低角度逆斷層,是板塊構造體系下獨有的產物。道理很簡單:它是「搓」出來的,就像你搓書一樣。地殼中出現這種構造,意味著地殼有強大的力的作用,並且受力方向是水平的。放在地球上,這基本等同於板塊構造原理的同義詞了。

逆衝斷層示意圖。沿著粗箭頭方向對塊體施加力,塊體產生斷裂,並沿細箭頭所示方向移動。當斷裂面的角度很低、斷塊移動距離很大,即稱逆衝推覆構造| minewiki.engineering.queensu.ca

可月球有板塊嗎?並沒有。月球的地殼是完整一塊,牢牢地糊著月球整個表面。

然而,通過解譯阿波羅時代的月球地震資料和地表影響數據,科學家卻發現,在月球上一條平直展布的斷崖下部,頻繁發生著活躍的月震。通過年代學測定,科學家認為,這條斷裂帶產生的時間不超過5000萬年。

由於月球內部活躍期終止在41億年前,因此,新發現的這條斷層,可以說是一條十分年輕的活動構造帶了。

遙感拍攝的月球逆衝推覆斷層。局部放大後可以看到,在平直的斷面上,「上盤」被推了上來,覆蓋了「下盤」已經形成的隕擊坑| NASA

科學家認為,這顆跟板塊構造不沾邊的星球,在徹底冷卻40億年之後,依然表現出板塊活動才有的運動方式,是因為……月亮變小了

月球內部徹底不活躍的後果是,它會越放越涼(畢竟熱脹冷縮嘛)。體積收縮,表面積就會跟著減小,地殼內部將會出現擠壓力(就像蘋果縮水表面會皺一樣)。在擠壓力的誘發下,月球地殼裡就產生了這條逆衝推覆斷層。

月球上逆衝推覆構造及其在地表表現形態的示意圖| NASA官網

而讓這條斷層持續活動至今仍頻繁發生月震的,是它身邊那個一直對它拉拉扯扯的地球。

月球圍著地球轉,它的引力會拉扯地球。離得近就拉扯得狠一些,離得遠就稍微放鬆一些。地球上的海水經常被它拉起來——然後又放下,漲落交替,構成潮汐。而牛頓告訴過我們,力的作用是相互的。既然月亮能讓地球潮漲潮落,地球反過來難道不會給月亮一點顏色看看?

同樣一份潮汐力,大小是相等的,但地球本身體積巨大,因此潮汐力充其量只能讓海水發生潮漲潮落,對巖石圈影響不大。可當這份力反過來施加到月球那小身板上時,月球的巖石圈就沒那麼好受了。

於是,在地球潮汐力的拉扯下,月球巖石圈也發生了「潮漲潮落」,表現出來的形式就是,沿著它地殼裡的斷裂帶來回振動,形成了至今仍讓月震儀頻繁監測到的月震。

地球對月球施加的潮汐力,是月面斷層仍然地震頻發的原因。圖為哈工大龍江二號衛星從月球背後拍攝的地月合影| BG2BHC

這麼說來,想在月球上看到真正的板塊構造,怕是基本沒譜了。巖石圈還要繼續陪生物圈一起孤獨下去。

但往未來想想,畢竟我們只看到了宇宙多樣性的冰山一隅。近期,洞察號在火星上也發現了地震。無論月球、火星,還是未來的其它星體,每一個星球的大地震動,都如同無聲的琴弦,承載著獨特的故事。

只待有心人前去聆聽。

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    大陸漂移學說2017-01-17 15:38 來源: 科普中國 http://vod.xinhuanet.com/v/vod.html?你又是否曾想到這些板塊是可以漂移的?1912年,德國天文學家阿爾弗雷德·魏格納在一篇重要的學術論文中提出大陸漂移假說,並且在3年後出版的一部專著中加以發展和完善。20 世紀 20~30 年代間,地理學家對大陸運動的觀念進行了廣泛的討論,結果,反對意見幾乎是同聲一片。直到 20世紀50 年代中期,不斷發現的新證據才越來越對大陸可能運動的假說有利。
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  • 地球概況《大陸漂移說和板塊構造說》
    大陸漂移說和板塊構造說「大陸漂移說」是由德國天文學家兼氣象學家魏格納於1912年提出的。他通過研究發現南美大西洋海岸與非洲大西洋海岸十分吻合,兩岸的地質構造和古生物也非常相似,於是他認為在2億~3億年前,地球是一個聯合的大陸。
  • 提出大陸漂移假說的科學家是 大陸漂移學說的科學家是誰
    提出大陸漂移假說的科學家是魏格納。1912年,阿爾弗雷德·魏格納在一篇重要的學術論文中提出大陸漂移假說,並且在幾年後(1915)出版的一部專著中加以發展和完善。大陸彼此之間以及大陸相對於大洋盆地間的大規模水平運動,稱大陸漂移。  大陸漂移說認為,地球上所有大陸在中生代以前曾經是統一的巨大陸塊,稱之為泛大陸或聯合古陸,中生代開始分裂並漂移,逐漸達到現在的位置。大陸漂移的動力機制與地球自轉的兩種分力有關:向西漂移的潮汐力和指向赤道的離極力。
  • 地理文化未解之謎:大陸漂移的爭論說,以及冰川的形成原因
    他推測美洲與非洲原本就是一個大陸,後來由於美洲向西漂移導致兩者分開,才形成了今天的世界地理格局。為了證實這一想法,他從古生物學、地質學、古氣候學等多方面著手,深入研究考察,結果發現大西洋兩岸在對應的位置上有著對應的山脈、物種以及礦產。1912年魏格納發表論文,提出了「大陸漂移說」三年後他出版了《大陸與海洋的起源》,這本書引起了地質界的轟動。
  • 大陸漂移說
    >1910年春天的一天,30歲的氣象學家阿爾弗雷德·魏格納正躺在病床上,他看著窗外的綠樹、屋頂上的白雪,正百無聊賴中。他的視線轉移到病房牆壁的世界地圖上,突然,他愣住了。大西洋的兩岸——歐洲和非洲的西海岸遙對北南美洲的東海岸,輪廓竟然有著極大的對應性。特別是巴西東端的直角突出部分,與非洲西岸凹入大陸的幾內亞灣非常吻合。他「騰」地一下從病床上跳了起來,走到地圖前,用手比劃了一下。如果能夠移動這兩個大陸使它們靠攏的話,它們正好就能鑲嵌在一起了。
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  • 大陸漂移的動力從何而來?是怎麼形成的呢?
    身體痊癒後,他根據觀察結果,形成假設「大陸漂移」,他相信古大陸是一個完整的整體,因為地殼的運動使它們分離,並且日益變化,才形成現在的大陸格局,此後在此基礎上又產生出板塊構造學說,該學說一提出,贊同的聲音很多,然而他雖能解答地質學上的大量難題,但也有不斷的爭議。