港大地球科學學者國際研究團隊 提出地殼板塊形成新論說

2020-11-26 澎湃新聞

港大地球科學學者國際研究團隊 提出地殼板塊形成新論說

2020-08-28 10:25 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

圖1.新論說模型圖顯示了一個正在發展的全球裂縫網絡（後期階段）。黑色/陰影為斷裂，而顏色顯示則代表應力（粉紅色表示拉伸應力、藍色表示壓縮應力）。

一直以來，地球科學學者在「板塊構造理論」這個有大約50年歷史的認知基礎上，了解地球表面和內部固體部分的活動，例如爪哇的火山活動和日本的地震等。板塊理論提出，地球的外殼（又稱「巖石圈」）被分為多個彼此相互運動板塊，而大部分的地殼運動，都是在板塊之間的邊緣地帶發生。然而，對於板塊構造的成因，科學界仍然未有肯定的說法。

香港大學地球科學系副教授及地球與行星科學與空間研究實驗室的Alexander Webb博士，最近與國際研究夥伴就板塊運動起源及成因提出新答案，研究結果剛於在權威學術期刊《自然通訊》（Nature Communications）中發表，由Webb博士擔任論文的通訊作者。

Webb博士及其團隊提出，地球板塊的形成是因為地球早期外殼變熱，引發熱膨脹至產生裂縫，這些裂縫不斷擴大和融合形成一個全球網絡，將地球早期的外殼細分為多個板塊。團隊利用論文第一作者、大連理工大學唐春安教授所開發的斷裂力學代碼，通過一系列的數值模擬去印證及解釋這個說法。每一次的模擬記錄了一個經歷熱膨脹的地球外殼，在期間所承受的應力和形變。地球外殼一般可承受的熱膨脹大約是1公裡（地球半徑約6371公裡），而進一步的膨脹會導致裂縫產生並迅速形成全球裂縫網絡（圖1）。

這個新模型的原理其實非常簡單 --  地球早期外殼變熱、膨脹，然後破裂。表面上，這說法與一些久已被否定的觀點相似，也與地球科學的基本物理原理相違背。在1960年代出現板塊構造學說這革命性見解之前，科學家對地球活動以及海洋和大洲的分布有著不同的假設及解釋，包括所謂的「膨脹地球論」。前沿科學家像達爾文（Charles Darwin）等認為，大地震、造山運動以及陸地的分布都是地球膨脹的結果。然而，由於地球的主要內部熱源是放射性元素，隨著放射性元素的持續衰變，意味著產生的熱量會隨時間變得愈來愈少，因此「熱膨脹」的可能性應遠低於其相反的「熱收縮」。那麼，為何Webb博士的團隊會認為地球早期巖石圈是經歷了熱膨脹呢？

Webb博士解釋說：「我們考慮了地球早期可能發生過的主要的熱力流失機制，而如果早期熱力流失的主要方式，是由火山平流活動，把炙熱物質由地球深處送到地面，那麼一切將要改寫。」

Webb博士和研究夥伴William Moore博士於2013年在《自然》發表的文章提出，活躍的火山活動會對地球外殼產生意想不到的冷卻效果，這是因為剛從地球深處噴出的物質，散熱後在地球表面沉積冷卻。地球深處的物質不斷噴出然後在地表積聚，令表面的物質層層往下沈，把冷卻了的物質向下推，這種積聚在地表的冷卻物質被持續往下推的運動，對早期巖石圈起著冷卻作用。而由於地球總體上是在冷卻，其產熱和相應的火山活動也隨之減慢。同時，巖石圈新生物質沉積往下推的運動亦隨時間減慢，所以即使地球整體是冷卻了，其深處的熾熱物質仍能透過熱傳導，令地表冷卻的巖石圈逐漸變暖 — 這暖化過程，就是新模型中提出地球熱膨脹的成因。新的模型顯示，如果地球的固體巖石圈有足夠熱膨脹，它將會破裂，然後一個極快形成的裂隙網絡將地球的巖石圈分割成板塊。

Webb博士和研究團隊將繼續綜合野外考察、分析和理論研究等方式，探索地球以及太陽系中其他行星和衛星的早期發展。他們進行野外勘探，足跡達至澳洲、格陵蘭和南非的偏遠角落。他們透過研究分析，探索了解古代巖石及其礦物成分的化學性質。他們的理論研究，模擬各種地球的動力學過程。這些努力，將有助解開地球和行星科學的其中一個最大謎團，就是地球是如何從一顆熔熱球體變成今日具有板塊構造的行星。

 

（原新聞稿已於2020年7月19日發放）

特別聲明

本文為澎湃號作者或機構在澎湃新聞上傳並發布，僅代表該作者或機構觀點，不代表澎湃新聞的觀點或立場，澎湃新聞僅提供信息發布平臺。申請澎湃號請用電腦訪問http://renzheng.thepaper.cn。

評論（）

相關焦點

  • 最新研究得出有關地球板塊構造形成機理的新結論
    圖片來自原文2020年7月17日，由中國香港大學研究人員領銜的國際研究團隊宣布成功利用新模型獲得了有關地球板塊構造形成機理的新結論板塊構造理論創建50年以來，很好地解釋了固體地球的活動——例如，爪哇的火山，日本的地震等等。該理論假設地球的外殼即地球「巖石圈」被細分為彼此相對運動的板塊，地殼大部分活動均集中在板塊之間的邊界上。
  • 新研究稱板塊構造在地球形成早期便已開始
    但是耶魯大學的一項新研究，卻對構造板塊的歷史源頭進行了追溯。結果發現，其在行星形成之後很快便已開始，較當前學界共識還提前了十億年。Kornmesser，via Yale University）據悉，地殼由堅硬的巖石組成，它們沿著流動的地幔頂部滑動。但它並不是一個整體，而是被分成了多個構造板塊，然後逐漸在地表周圍移動。這種過程形成了深海溝、巨大的山脈、大洲本身、甚至引發地震和火山爆發等事件。根據一系列地質證據，學界普遍認為構造板塊運動始於 30~35 億年前。
  • 大工科研團隊發表板塊起源新說!
    大工科研團隊發表板塊起源新說！「巖石破裂過程分析」RFPA系統，概念地模擬再現了地球巖石圈的破裂過程，在此基礎上提出了一個地球早期板塊起源新說。根據該文觀點，早期地球的巖漿海在冷卻過程中形成堅硬巖石圈，從而阻礙地球內部熱能的有效釋放，引起地球回暖膨脹，最終導致巖石圈快速破裂成多個板塊。該成果為困擾地球科學界多年的板塊起源問題提供了新解釋。Plate-breaking reference model板塊起源是地球科學的最基本問題。
  • 學者提出全新地球演化與全球變暖假說:地球大龜裂
    近年來，大連理工大學唐春安教授提出了一個全新的地球演化與全球變暖假說——「地球大龜裂」，也稱「鍋蓋理論」，引起了很多人的關注。雖然這是個假說，有些看法還和主流觀點相悖，但科學正是通過大膽猜想和探索而不斷前進的。現特邀唐春安先生就這個假說，向讀者做一個簡明通俗的解讀。　　板塊構造假說已經提出五六十年，並被地球科學界基本不加懷疑地接受。
  • 大連理工大學唐春安教授團隊在《自然通訊》發表板塊起源新說
    7月17日出版的《Nature Communications》刊登了大連理工大學建設工程學部唐春安教授（第一作者）及其國際合作團隊的研究新成果，題為「Breaking Earth’s shell into a global plate network」。大家熟知的板塊構造學說是近代最盛行的全球構造理論。
  • 隕石撞擊形成了地球的板塊構造嗎?
    澳大利亞麥考瑞大學（Macquarie University）的一項研究表明，隕石撞擊可能形成了地球的板塊構造，並且增強了地球的磁場強度。該大學行星研究中心的 Craig O』Neil 對隕石撞擊開展了研究，並將成果發表於《自然地球科學》，他解釋了地球形成的前 5 億年裡發生了什麼——這一時期被稱為「冥古代」，更詩意的比喻是「地質黑暗時代」。圖丨藝術家對隕石撞擊地球的想像到目前為止，地球是否具有移動的板塊的問題一直懸而未決，主要是因為早期的地殼幾乎沒有保留下來。
  • 研究發現32億年前地球板塊運動的證據
    大部分學者認為地球板塊的運動最早開始於28億年前，一份新研究找到了一個板塊在32億年前活動的證據，比科學家之前所知的又早了4億年。「這是把地球上最早的地殼板塊活動又往前推的一項證據。根據我們的發現，看起來在地球形成的初期就有地殼板塊的活動了，也說明即使是早期的地球，和今天的地球也有很多相似之處，超乎很多人的想像。」研究者之一哈佛大學的布倫納(Alec Brenner)說。研究者發現的證據是位於西澳的皮爾巴拉克拉通(Pilbara Craton)板塊。這是地球上最古老的地殼板塊之一，上面存有地球上最早的一些生物的化石。
  • 地球大陸之謎:板塊碰撞中消失的地殼去哪了?
    很多人就有了這樣的疑問，既然地震是由板塊之間的碰撞導致的，那麼這些被撞擊的板塊都去哪裡了呢?　　地球史上最劇烈的大陸碰撞發生在6千萬年前。在那次「事故」中，印度板塊和歐亞板塊撞到了一起。　　這次撞擊催生了今天的世界最高峰喜馬拉雅山。新研究稱，撞擊不僅抬高了陸地，也讓兩個大陸板塊的各自一部分深陷地底。
  • 地球板塊是怎麼形成的？
    大陸漂移說是板塊構造說的理論基礎，後者被稱為當代三大科學的進步之一。在大陸漂移理論提出之前，「收縮理論」（theory of contraction）是學術界的主流，人們相信在地球形成初期，地球溫度高，隨著時間的推移，地球表面冷卻收縮，形成了山脈、海盆和大陸。但在20世紀初，收縮理論就受到了質疑，人們開始尋找其他促使地殼移動的驅動力。
  • 鑽石新研究表明：地球的碳循環深達地殼
    地球的碳循環深達地殼加拿大一項新的研究發現，來自地下深處的鑽石揭示了對地球生命至關重要的碳如何在地球內部和表面之間循環的秘密地球上所有生命賴以生存的碳以一種稱為碳循環的模式在地球的大氣層、海洋和地殼中移動。這種循環在氣候中起著關鍵作用，比如，二氧化碳從太陽中捕獲熱量，使全球變暖。
  • 新證據表明,地殼板塊構造可能始於30多億年前
    發表在《科學進展》雜誌上的一項新研究表明，早在32億年前，地球表面深處的板塊就在移動。 這項研究的作者之一、來自哈佛大學古地磁實驗室的地質學家亞歷克布倫納在一份新聞稿中說，基本上可以說，這個地質證據可以將地球板塊構造的記錄往前追溯至地球歷史的更早時期。根據我們發現的證據，似乎板塊構造更有可能發生在早期地球上，這就證明地球比很多人想像的更像今天的地球。
  • 新證據表明，地殼板塊構造可能始於30多億年前
    發表在《科學進展》雜誌上的一項新研究表明 這項研究的作者之一、來自哈佛大學古地磁實驗室的地質學家亞歷克布倫納在一份新聞稿中說，基本上可以說，這個地質證據可以將地球板塊構造的記錄往前追溯至地球歷史的更早時期。根據我們發現的證據，似乎板塊構造更有可能發生在早期地球上，這就證明地球比很多人想像的更像今天的地球。
  • 研究:海洋地殼板塊碰撞致超預期海水湧入地球內部
    【環球網科技綜合報導】據英國《每日郵報》11月19日報導，日前，美國華盛頓大學一項最新研究表明，伴隨著海底地殼運動，數量驚人的海水正湧入地球內部。科學家通過布置在馬裡亞納海溝的海底地震儀發現，大陸板塊與大洋板塊間俯衝帶被灌入的海水量是預計的3倍。
  • 我國科學家在Nature子刊發表板塊起源新說
    7月17日出版的《Nature Communications》刊登了中國巖石力學與工程學會副理事長唐春安教授（第一作者）及其國際合作團隊的研究新成果，題為「Breaking Earth’s shell into a global plate network」。
  • 港大夥國際團隊研究恐龍飛行演化 發現具有翼膜翅膀的恐龍只有短暫...
    港大夥國際團隊研究恐龍飛行演化 發現具有翼膜翅膀的恐龍只有短暫滑翔能力 2020-11-20 16:05 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 「華北克拉通破壞」提升我國固體地球科學地位—新聞—科學網
    中國科學家認識到大規模的巖漿活動和構造變形只是華北克拉通演化過程中的表現形式，其實質是深部巖石圈的物質組成與物理化學性質發生了根本性轉變，導致克拉通固有的穩定性遭到破壞，由此提出了「克拉通破壞」新概念。同時，他們在揭示華北克拉通破壞的時空範圍和動力學機制的基礎上，建立了「克拉通破壞」理論體系，使華北克拉通破壞成為全球研究熱點，提升了我國固體地球科學研究的國際地位。
  • 地球形成早期板塊運動就開始了,新研究發現地球生命或許因此繁榮
    隨著科學技術手段，越來越先進，科學家終於能夠逐漸了解地球的內部機制，但是科學家發現，我們對於地球的了解，還是知之甚少。可以說地球的科學研究成果，要比科學家研究宇宙成果少得多。要知道地球研究，對於我們發現系外行星有非常大的幫助，因為研究地球越是徹底，那麼我們對於研究其他類地行星，才會有更多的基礎理論，對於生命的產生，才會有比較科學的檢驗方法。所以了解地球科學知識，對於人類來說十分重要。
  • 地球的地殼是目前為止最薄的?
    這個世界的大陸都連結到一個稱為盤古大陸( Pangaea )的「超級大陸」(supercontinent )，根據一個新研究，最外層的地層曾經比現在的要多厚上1.7公裡(1英裡)。研究人員發現自從盤古大陸分裂，地球內部的地函的冷卻速度要比我們想像的快兩倍，而且地殼變得前所未有的薄。
  • 地球大陸正在分裂，一片新海洋正孕育而生，第八大洲或將形成
    德國地質學家阿爾弗雷德·魏格納1912年提出關於地殼運動和大洋大洲分布的假說——「大陸漂移說」。魏格納設想全世界的大陸在古生代石炭紀以前是一個統一的整體(盤古大陸)．它的周圍是遼闊的海洋。英國羅切斯特大學地球與環境科學的教授埃賓格說：「我們知道海底山脈是由類似的巖漿湧入裂縫而形成的，但我們從來不知道竟然能夠一次形成如此巨大的裂谷。」
  • 最新研究:科學家找到地殼形成的原因
    2月1日，據外媒報導，科學家們找到了地殼形成的原因。研究人員說，在地殼分裂成我們今天所知道的大陸之前，它是由小行星撞擊地球造成的巨大熔巖池形成的。當時，地球上的大部分地表巖石都是玄武巖，小行星撞擊產生了這種成分的大量過熱撞擊熔池。南非維特沃斯蘭德大學地球科學學院的Rais Latypov教授說，如果你想了解當時地球表面的樣子，你只需看看月球表面，月球表面就被大量的撞擊坑覆蓋著。然而，研究人員仍然對古代巨大的融化片如何成為「原始大陸」感到困惑。一種理論是，冷卻後，它們可能重新結晶成類似類型的巖石，而小行星不起作用。