海洋裡中間凹陷的環礁是怎樣形成的?

2020-12-24 李論科學

本文參加百家號科學#了不起的基礎科學#系列徵文

先看看下面這張照片,這是由國際空間站拍到的景象。國際空間站以每小時25000公裡的速度飛行,每90分鐘左右就能完成繞地一周,它能以不同的視角捕捉到地球上一些壯觀的景象。你覺得下面這張照片看起來像什麼?

看起來像一朵雲?特技飛機留下的痕跡?不是的!

上圖中的物體被稱為環礁,它遍布在海洋中。下面還有一張來自空間站的照片。

那麼,這些大多數存在於太平洋和印度洋的中間凹陷,四周隆起的環礁從何而來?它是怎樣形成的?

其實這一切都始於一座火山,而且是在海底的火山!

在海底有許多不同的位置,來自地幔深處的液態巖漿會從地殼上升,湧出地表。在海底海水的溫度通常在4攝氏度左右,巖漿的溫度高達1200攝氏度!所以你可以很容易地想到在在熔巖進入海水這一瞬間發生了什麼?

一方面,熔巖一旦進入海洋,就會立即蒸發掉大量的海水!

另一方面,熔巖發生了什麼?由於熔巖比水的密度大得多,在火山噴發之後,熔巖會逐漸冷卻下來,慢慢的沉入海底,也就是流到地勢比較低的地方。看下圖:

經過長時間的火山噴發,冷卻的熔巖就會形成一個圓錐形結構,並且接近海平面和海面上的大氣,這樣一個新島就出現了。下圖:

隨著熔巖堆積高度的增加,熔巖噴發的堆積物就會穿過海洋和大氣的界面,當熔巖冷卻時,就創造出了新陸地。最著名夏威夷就是這樣被創造出來的!事實上,夏威夷島仍在不斷地被創造,在23000年前,夏威夷的基拉韋厄火山第一次浮出海面,而它的海山盧伊希火山也將在幾千年後再次浮出水面!

創造出來的新島,在火山停止噴發以後,隨著時間的推移火山錐就會消失,只剩下一個相對穩定的環形島嶼。要形成環島就需要發生兩件特別重要的事情,一件是不可避免的,另一件就需要合適的條件。

合適的條件是,一般珊瑚都喜歡附著在這些火山島嶼的周圍生長,在水面以下形成邊緣珊瑚礁或裙礁。群礁的形成可能需要1萬年的時間,但如果真的有珊瑚開始在火山島周圍生長,接下來就會很多神奇的事情。

珊瑚是生長最緩慢的特徵之一,由大小只有幾毫米的單個生物體(珊瑚蟲)組成。在大約100000年的時間裡,如果條件合適,珊瑚礁會在島嶼周圍的淺水中將向外延伸生長。

然而,就火山島嶼本身而言,不管能否成功地生長出一個巨大的珊瑚礁,都會隨著時間的推移不可避免地被風、海水和天氣的綜合因素慢慢的侵蝕,在很長一段時間內,從地質學的角度來說,島嶼會被完全抹平。

但是當島嶼逐漸風化時,如果島嶼周圍碰巧有一個向外生長的群礁,珊瑚不僅會向上生長,也會向下生長。最終的結果是:島嶼的海岸線從珊瑚礁的位置向內收縮,而珊瑚反過來又繼續向外生長,進入更遠的海洋。一個被侵蝕的海岸和延伸到海洋中的珊瑚礁如下圖中的樣子,我們稱之為堡礁!

但是,像上圖這樣巨大的珊瑚礁可能需要10萬年甚至更久的時間才能形成,而中間剩餘的島嶼可能需要3000萬年的時間才能完全消失!這個時間足夠珊瑚礁繼續生長。

隨著時間的推移,珊瑚會繼續向下生長,以固定在下方的山體上。最後一個階段,等火山島完全消失以後,就留下了一個巨大的圓形珊瑚礁包圍著空無一物的瀉湖,這就是一個環礁形成的過程!

總結:這個公認的理論可以追溯到19世紀的達爾文

所以海洋中這些美麗的環礁,是在水下生長了幾十萬年的生物,並且經過數百萬年的侵蝕才得以形成的。更令人驚奇的是關於珊瑚島形成的公認理論可以追溯到查爾斯·達爾文!

目前全球有環礁330~400個,大部分分布在土阿莫土群島(62個)、印度尼西亞東部(37個)、加羅林群島(32個)、馬紹爾群島(29個)和斐濟群島(25個),僅有大約10個分布在印度洋-太平洋熱帶地區以外。

所以天文學不僅僅是讓我們仰望星空,我們的地球也會給我們帶來美麗的科學。

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