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探寻北大西洋“新碗”之成因

来源:未知 发布时间:2012-08-20 10:55 点击: 次  [打印本页] [关闭窗口]
记者 崔鲸涛

 


  “我们脚下的大地在动吗?”“是的,下面有4个乌龟驮着哪。”来自国家海洋局第二海洋研究所的张涛博士从小对妈妈关于地球如何运动的解释深信不疑,而正是这份好奇让他与地球动力学有了不解之缘。
  当前,首次到达北冰洋大西洋扇区的中国第五次北极考察队员正在开展水文大气、地质地球物理、海洋大气化学、海洋生物生态综合考察,以获得北冰洋大西洋扇区的第一手研究资料,填补我国对北大西洋环境研究的空白。张涛及其所在的地球物理作业组在北大西洋洋中脊的地球物理探测就是本阶段科考作业的一大亮点,他们将通过对北大西洋中脊水深、重力、磁力和人工地震的调查,来反演北大西洋中脊的扩张速率、地壳厚度、磁化强度和断层形态,研究海洋地壳和海洋岩石圈的形成和演化过程。
  “全球的海水被大陆分开,形成了我们所熟知的各大洋。在大洋的底部,是海洋地壳在支撑着海水。一般来说,越远离大陆的地方海水越深,所以海洋地壳就如同一个个‘碗’一样盛着海水。比较特殊的是,海洋地壳这个‘碗’是在不断地循环变化着,目前可判定的海底年龄最老也不过2亿年,而海水的形成则更为久远,这就好比是新碗盛着老汤。”张涛说。
  大西洋最老的海洋地壳仅为1.3亿年,这个“新碗”究竟是如何形成的?张涛解释说,海洋地壳是在大洋中间的洋中脊形成的,洋中脊向两侧不断地运动,最终通过俯冲的形式消失在俯冲带。根据板块构造学说,除非碰到俯冲带和地幔柱,海洋板块在洋中脊形成后就不再变化。因此,对洋中脊的探测为我们研究海洋地壳和海洋岩石圈的形成和演化过程提供了一个独特的窗口。
  由于海洋地壳形成于洋中脊,一个最为重要的问题就是:在洋中脊每年形成多少量的海洋地壳?“这里的量包括两部分,一是每年新生海洋地壳水平方向的长度,即生长速度,另一个则是其垂直方向的厚度。”张涛说,“确定生长的速度需要知道距离和时间,距离可以直接测量,而时间则需要用到海洋地磁的方法。由于每隔一段时间地球磁极都会发生倒转,即磁南极和磁北极互换,这样当时形成的岩石就保留了当时的地球磁场特征。通过岩石测年和岩石磁性对比,就可以得到一个地磁的正负排序和年龄的关系,从而将磁力数据转变为地壳年龄;在确定地壳厚度的时候,我们使用重力的方法。海洋地壳密度低于地幔,而重力恰恰可以反映密度的变化,因此能够反演地壳的厚度。此外,海洋地壳的形成受到扩张速率、地幔温度、地幔物质组成等因素的影响,这些参数会影响岩石圈的流变性,导致不同的断层类型,通过地震测量出的地层还可以识别出海底断层类型、活动周期和断层形态,用于反映深部动力学信息。”
  此次地球物理的重点探测区域为北大西洋的Mohns洋中脊。“洋中脊的几何形状与岩浆-构造活动直接相关。Mohns洋中脊在北纬73.5°处突然转向近45度,是全球洋中脊转向角度最大的区域。而且,全球洋中脊的平均扩张速率和人类指甲生长的速度接近,约为每年30毫米,而Mohns洋中脊扩张速率仅为全球的一半。因此,Mohns洋中脊为研究慢速-超慢速扩张转换区域、斜向扩张以及非对称扩张提供了独一无二的环境。”张涛说。
  据悉,此次地球物理作业将通过对Mohns洋中脊的水深、重力、磁力和人工地震的调查,反演调查区域的扩张速率、地壳厚度、磁化强度和断层形态,用于分析慢速-超慢速过渡扩张中脊的斜向扩张、非对称扩张、中脊分段性等特征,反映地幔温度、地幔物质组成、岩石圈特性等深部地球动力学信息,以完善全球洋中脊的扩张模式。

 

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