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火山是如何形成的?科学家在地壳下发现令人惊讶的“低温热点”

2022-01-08 19:23:55 cnBeta.COM
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火山通常被发现在构造板块的边界附近。它们是在这些巨大的岩石板块在地核和地壳之间的地幔层顶部漂移时发生碰撞而产生的。这类火山的典型例子是那些构成环太平洋地区的所谓火环的火山。

然而,火山有时会在构造板块的中间爆发。这些热点的来源可能是地幔羽流,即从地幔深处上升的蘑菇状热岩柱,像喷灯一样灼烧上层物质。当构造板块在这种羽流上徘徊时,地质学家认为会出现一系列的火山岛。

以前的研究表明,火山热点大约比大洋中脊热100至300摄氏度,大洋中脊的岩浆随着构造板块在水下散开而上升。这支持了这样的观点:热点是由来自地球热核附近的物质加热的,而洋脊是由较冷的地幔岩石加热的。

现在科学家们发现,许多热点的温度比以前认为的要低得多,这就提出了关于其起源的问题。马里兰大学学院公园分校的地震学家Vedran Lekic说:“相当一部分的热点不符合经典的羽流模型。”他没有参与这项研究。

在这项新研究中,研究人员分析了地震波在海洋热点和海脊下面的地幔中荡漾的速度,以估计这些地方的温度。(地震波在寒冷的岩石中传播得更快)。

大约45%的热点比大洋中脊的温度高155摄氏度以上。然而,大约40%的热点只比大洋中脊热50至136摄氏度,不是特别热,因此没有足够的浮力来支持来自深层地幔的活跃的岩石上涌现象。更重要的是,大约15%的热点地区特别冷,只比大洋中脊热36摄氏度或更少。

为了阐明这些不同种类的热点的起源,科学家们还检查了其岩石中较稀少的氦-3和较常见的氦-4的比例。(氦-3的原子核只拥有一个中子,而氦-4的原子核则拥有两个中子)。

在地壳中发现的氦大多是氦-4,是由铀和其他放射性同位素随着时间的推移而分解产生的,而来自地球深处的氦则含有更丰富的氦-3,可能是来自保留了地球最初时期这些同位素之间原始比例的古代物质库。研究人员发现热热点拥有比冷热点高得多的氦-3和氦-4的比例。

尽管热点源于地幔深处涌出的羽流的经典模型可以解释热点,包括大多数著名的热点,如夏威夷、冰岛、加拉帕戈斯群岛、萨摩亚和复活节岛背后的热点,“也许事实是,只有少数热点真正表现得像我们的地幔羽流和热点的经典模型,”研究的共同作者、加利福尼亚大学洛杉矶分校的地球动力学家Carolina Lithgow-Bertelloni说。

来自新墨西哥大学的地震学家Ross Maguire说:“这加强了一些研究人员之前的论点,即‘热点’一词具有误导性,不符合板块构造范式的火山应该被称为‘融化异常’,”他没有参与这项研究。

较冷的热点反而可能起源于上层地幔,或来自有更多时间冷却的缓慢移动的深层羽流,或来自与旋转的地幔岩石相互作用并得到冷却的深层羽流。德国地球科学研究中心的地球动力学家Bernhard Steinberger说:“如果这是真的,对地球动力学家来说,解释这样的发现将是一个挑战,他这些结果无疑将引发新的研究。”

Lithgow-Bertelloni说,总而言之,“经典的羽流观点与其说是有缺陷,不如说是比30到50年前提出的更加复杂。”

相反,这项工作 “指出了羽流之间更大的多样性,”Steinberger说。“这有点像每当你得到一个行星或月球的新特写视图时。它有一些完全意想不到的特征。但它仍然是圆形的。”

责任编辑:bH_03116

关键词: 科学探索 火山是如何形成的?科学家在地壳下发现令人惊讶

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