科學網—地殼留下冰河時代印記

2020-12-04 科學網

 

冰川融化使海平面上升，從而導致海洋地殼更薄。圖片來源：Duane Miller/Getty

本報訊 近日，科學家發現，冰河時代在地球厚厚的海洋地殼上留下了印記。在冰河時期，海平面較低，從大洋中脊噴湧出的巖漿形成了原始地殼。但在溫暖時期，海平面升高，新地殼的產生就受到阻礙，比如現在。

「我們知道火山會對氣候產生影響。而我們在探索的則是氣候循環也會影響海洋火山作用。」該研究參與者、英國牛津大學地球物理學家Richard Katz說。相關研究成果近日發表於《科學》雜誌。

研究人員表示，他們已經發現了這對澳大利亞和南極地區之間的海底山丘鏈產生的作用。Katz解釋道，原因是更高的海平面會對海底下方的地幔產生更大壓力。這似乎能在熔巖和氣體噴發時，放慢它們從地幔向大洋中脊的運輸速度。

軸傾角和繞日運行軌道的周期性變化，促使地球在過去200萬年間，連續交替出現冰河時代和溫暖時期。在冰河時代，更多的水被「圍困」在陸地上，結果是海平面比溫暖時期低100多米。而Katz指出，這就使得海洋地殼增厚了約800米（即增加了10%）。

不過，人為氣候變化將不會強加給這一模型更多的額外變化。從地質學角度而言，目前的海平面已經很高。而科學家必須輾轉很長時間，以辨別現在海平面上升對海洋地殼產生的影響：由於巖漿從地球內部緩慢向地表蔓延，因此，海平面變化和地殼厚度峰值的響應之間相隔的時間可能約為5萬年。

科學家已經知道冰川壓力變化，會影響大陸板塊下方地球上地幔中發生的事情。例如，人們認為冰川消失會強有力地增加地幔熔化和冰島下方的火山作用。但許多地質學家懷疑，海平面變化的單獨作用，能否對深海海底的山脊區域產生相似的影響。

但Katz和同事的估算結果顯示，海平面變化可能間或影響蔓延在海底山脊地區的洋殼的厚度。而這種影響是複雜的：它取決於海平面、海平面上升或下降的速率、巖漿從地幔上湧的速率以及洋殼從大洋中脊向兩側延展的速率。

然後，該研究小組通過檢驗澳大利亞—南極洋脊海床的兩個區域驗證了該假設，韓國破冰船全洋號於2011年和2013年對該區域進行了調查。這裡分布著海拔約有200米的狹長海底山脈。（Katz表示，洋殼厚度的變化需要產生約800米的山峰；大部分地殼淹沒在了地幔中，就如同一座浮動冰山的大部分位於水下。）

地震活動、沉積作用、火山和海底擴展的混合作用形成了這些海底山峰。但研究人員表示，排列在該地區洋底深海平原邊的山丘，似乎存在一個明顯的地殼厚度變化模式，它們對應於2.3萬、4.1萬和10萬年的米蘭科維奇周期——即觸發某些冰期的地球軌道及傾斜的變異。

「這是一個引人注目的發現，而且對理解海洋地殼的形成非常重要。」未參與該研究的美國加州大學聖塔巴巴拉分校地質學家Ken Macdonald說。「它很有說服力。」麻省理工學院海洋學家Carl Wunsch說。

而近日發表於《地球物理研究通訊》上的另一篇論文也得出了類似結論。哥倫比亞大學地球物理學家Maya Tolstoy還發現，火山活動沿著東太平洋海隆（墨西哥離岸海域的海洋山脈）周期性起伏。

Wunsch表示，可以想像，檢驗地殼厚度變化將提供針對過去冰川周期的新理解，並幫助科學家更好地洞察之前所發生的海平面變化。同時，去年夏天，研究人員在俄勒岡州和華盛頓州離岸水域胡安·德·富卡洋中脊實施的高解析度地形測量，也為牛津大學研究小組提供了進一步檢驗假設的機會。「我們很快會對數據進行分析。」Katz說。（張章）

《中國科學報》 (2015-02-10 第2版 國際)

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