從地面向地球內部挖到底有多深?結果恐怖

科學家認為他們已回答了一個問題：地球大陸板塊有多深？目前，羅德島大學地震學家布萊恩·薩維奇（Brian Savage）指出，板塊構造理論是一個較新的理論，該理論存在大約僅有50或60年時間，我總是告訴我的學生把它與地球進化論相比較，後者理論已提出150年，與電流和磁性理論的提出時間相近。

在半個世紀裡，地球板塊理論被地質學家普遍接受，板塊構造是數億年時間裡大陸板塊漂移和海洋在地球表面跨越的理論。基於該理論，美國研究人員知道地震為什麼會發生，以及為什麼非洲和南美洲可以拼合在一起。同時，地質學家已經掌握到許多民眾未意識到的一些知識，例如：海洋板塊密度大於大陸板塊，海洋板塊總是處於大陸之下。

但是板塊構造學者仍然無法回答關於地球系統的一些緊迫的問題，他們不確定大陸是如何形成的，同時，他們也不確定是否大陸變形或者被破壞。直到近期，他們無法自信地回答這個問題：究竟大陸板塊有多深？上周《科學》雜誌發表的一項最新研究報告可能終結這場辯論，使用全球每個大陸的地震學數據，該論文發現大陸板塊在海平面以下80-120英裡處開始向下延伸。

換句話講，人們現在與太空邊緣之間的距離小於大陸板塊底部的距離。這項最新研究將有助於科學家增強我們對板塊機制的理解認知，不僅是大陸板塊的深度或者成分，而且更多地知曉地球板塊如何移動。地球被劃分為許多不同的層結構，小學教育對地殼十分熟悉，地殼位於表面之下30-40英裡處，矽酸鹽地幔位於表面之下1800英裡處，內部和外部內核位於表面之下3959英裡處，地球內核是熾熱鐵和鎳構成的球體。

但是這些熟悉的術語只描述了構成地球不同層結構及其化學成分，並未描述板塊如何移動，以及遇熱發生的反應。因此，地質學家選用更特殊的詞描述地球的層狀結構——巖石圈和軟流層。

未參與這項研究的萊斯大學地質學家Cin-Ty Lee說：「想像一下，你從烤箱裡取出一塊剛烤好的熱軟糖巧克力蛋糕，一開始蛋糕全部液體，之後它會從頂部開始冷卻，隨後產生堅硬的殼。蛋糕冷卻的頂部就像是地球的巖石圈，它是地球最上面的部分。」

巖石圈也可以理解是構造板塊的一層，巖石圈下面溫暖部分構成了軟流層。對於觀察者而言，軟流層也會像巖石一樣，但經歷數百萬年時間，其作用就像一種緩慢而笨重的液體上湧滑動，並與其混合在一起。

事實上，巖石圈和軟流層具有相似的化學性質，尤其是邊界位置尤其明顯。但是兩者的熱量差異是非常明顯的，地球內部溫度大約是1400攝氏度，而表面溫度平均只有25攝氏度。

Cin-Ty Lee說：「從1400攝氏度跨越至25攝氏度，這就是巖石圈。」很久以前地質學家就已確定了地球化學層，科學家可以通過地震站或者重力感應衛星進行直接觀測和研究地球表面，但是這些技術很難確定巖石圈的邊界。更重要的是，科學家經常得出相互矛盾的結果：一些人根據火山附近的金剛石評估巖石圈的深度；另一些人則試圖通過測量地震波穿過地球內部來確定巖石圈深度。依據金剛石信息評估顯示，巖石圈更接近於地球表面，大約位於地下100英裡處。

南安普頓大學研究員Saikiran Tharimena表示，這項最新研究的數量信息更多、解析度更高，分析了每個大陸的信息來評估巖石圈的深度。我們研究了1990-2015年世界各地震級5.5以上所產生的地震波數據，研究小組還專門分析了板塊中段部分——加拿大地盾中心位置，並非是由多巖石區域和不連續海岸。

基於更多的資料庫信息支持，建模也就更加簡單，研究人員能夠發現地表之下80-130英裡處「金剛石信息線」上有一個巨大的截線。這項發現將對我們理解大陸板塊具有重要意義。傳統觀點認為，大陸板塊系統是漂浮在地下巖漿之上的巨大陸地。然而真相或多或少有些戲劇性，Saikiran Tharimena和同事表示，在巖石圈下邊界，地幔中的巖石由於增加壓力而稍微融化，總體而言，軟流圈頂部的巖石可能會融化1%，但是這種聽起來微不足道的融化卻足以潤滑大陸板塊產生漂移。

我們研究結果表明軟流層的下邊界非常明顯，例如：軟流層下邊界震波速度會突然變化，由於其變化太快，不太可能是由於熱量或者化學性質變化所致。Cin-Ty Lee說：「想要如此大幅地改變速度是很難實現的，唯一的方法就是增加液相。」

這項研究報告並未回答液體熔融物的存在是否具有因果關係，或者是否這僅是歷史的副產物。換句話說，現在大陸板塊分界線大概在表面之下100英裡處，但是這個距離可能是一種化學偶然，而不是地球的永久性特徵。現在看來巖石圈的厚度符合這一描述，但這並不意味著地球歷史或者未來都是這樣。

Saikiran Tharimena表示，下一步研究工作將利用高解析度技術分析更廣範圍的巖石圈，特別是海洋陸地相交的區域。這將有助於我們了解巖石圈在哪裡終結，以及更劇烈的軟流層從哪裡開始，這將有助於回答一個更大的問題：地球大陸是如何形成的？