沿着海底山脉、大洋中脊,来自地球内部的力量将构造板块推开,形成了新的海床,从而使各大洲四处移动。不过,“板块构造说”下总结的许多过程特征尚不清楚。除了其他问题,根本没有足够精确的海床地图。德国亥姆霍兹海洋研究中心(GEOMAR)基尔海洋中心的研究人员在国际期刊《自然》(Nature)上发表了一项研究成果,确定了横切中洋脊的转换断层在板块构造中的全新作用。
数百万年来,地球内部作用力一直在不断重塑地球表面的大陆和洋盆形态。1915年Alfred Wegener首次发表大陆漂移说,由于受当时科技水平和认识水平的限制,大陆漂移说也未能正确说明大陆漂移的动力机制,大陆漂移学说在当时学术界引起很大争议。直到20世纪60年代海底扩张和板块构造的提出给早期的大陆漂移说注入了新的生命力,2015年及以前获得的大量证据表明,魏格纳大陆漂移的基本设想是正确的,为板块构造学说的提出奠定了基础。同时,板块构造学说的进展,迄今被视为不解之谜的地球活动大多得到了解释。板块构造学说经历了很长时间才被接受有两个简单的原因。首先,对其理解最重要的地质构造活动往往位于大洋海底难以被人们观察到。其次,控制这个过程的动力来自于地球深部,隐藏在我们的视野之外。因此,关于板块构造的许多细节目前尚不清楚。
来自基尔海洋研究中心基尔海洋研究中心、中国深圳南方科技大学和瑞士地理建模解决方案有限公司的五位科学家在国际科学期刊《自然》(Nature)上发表了一项研究成果,对板块构造的先前基本假设提出了质疑。它与转换断层有关。这项研究的主要作者GEOMAR的Ingo Grevemeyer教授解释道,转换断层是横切洋中脊或俯冲带的一种巨型水平剪切断裂,具有地震作用和构造活动的板块边界,是随着板块构造运动和海底扩张在大洋板块上留下的疤痕(称为断裂带)。目前对板块构造的描述假设转换断层为保守的二维走滑边界,在该处既不产生也不破坏岩石圈,并且岩石圈随板块年龄的变化而冷却和加深。论文的研究者们对来自41个海洋转换断层及其相关裂缝带的高分辨率多波束测深数据进行了汇总,该数据覆盖了所有可能的扩展速率,表明该假设是不正确的。
结果显示沿转换断层的海底比其相关的断裂带系统地更深(最深达1.6公里),与基于板冷却论证的预期相反。大洋山脊与转换断层之间的相交点增生作用是不对称的:在相交点的外缘表现为低地貌凸起和广泛的岩浆作用,而在相交点内缘的以节点盆地(一种发育于转换断层与洋中脊节点处的小盆地)和贫岩浆作用为特点。三维粘塑性数值模型表明,变形断层周围变形区内的塑性剪切破坏,导致板块边界在海底以下不断增加并在深部发生斜向剪切作用。内角附近的伸展,使转换断层处的地壳和岩石圈变薄,并导致沿着转换断层的海底加深形成深转换峡谷。外部节点处广泛的岩浆填满了峡谷,使断裂带变得更浅。测深数据表明,变薄的转换断层地壳在与相反的脊轴相交时,受到第二阶段岩浆作用是增强的。这使得断层转换系统的增生过程分为两个阶段,从根本上不同于洋中脊其他地方的增生过程。
由于转换断层是板块边界的基本类型,并且在海洋中活跃的板块边界频繁发生,因此,这一发现为板块构造学说以及对理解地球深部活动与浅层耦合提供了重要的补充。(李桂菊 熊萍 编译)