地球与环境

南极的哮喘流动和板块构造

一项新的地球物理研究为一个40年前的理论提供了证据,该理论是关于将南美洲和南极洲分开的地球构造板块分裂所产生的影响。在Manuel Catalán为西班牙皇家海军天文台和Yasmina M. Martos,为美国宇航局戈达德太空飞行中心(GSFC)和美国马里兰大学(UMD)进行的研究中,技术的进步提供了数据,这些数据有助于更好地理解地幔最外层的“软流圈流”,这可能是板块构造过程的驱动机制,有助于理解大陆漂移的原因。

这片800公里宽的水域被称为德雷克海峡,位于南美洲和南极洲之间。这个连接大西洋、太平洋和南大洋的偏远地区是强大洋流碰撞的地方,这使德雷克海峡成为世界上最波涛汹涌的航道之一。

在巴拿马运河开通之前,德雷克海峡(Drake Passage)一直是一条重要但考验贸易的航道,正如其名,它是16世纪的水手们最先发现的。50年后,地球物理学家利用先进技术和板块构造理论来研究地球的演化,在这里又有了新的发现。

德雷克海峡是在南美洲和南极构造板块的交界处形成的。这使得海洋流入并将南美洲和南极洲分开。这个开口被认为发生在历史上的一个关键时刻,大约4000万年前,始新世的温室温暖让位于渐新世的冰冻条件。

德雷克海峡是在南美洲和南极构造板块的交界处形成的。

alvarez假设
美国地质学家沃尔特·阿尔维拉斯为他的理论而闻名,即小行星的影响是对恐龙的群众灭绝负责。另一个兴趣促进了解地球构造板块举措,alvarez的研究和他在地球上的对流中发展的想法,今天的地质证据。

阿尔瓦雷斯提出,如果存在上地幔回流,流动将受到大陆质量的制约,这取决于它们是分离还是结合。他的观点假设存在“软流圈洋流”,即上地幔从太平洋通过三个大洋通道(包括德雷克通道和邻近的斯科舍海)流入大西洋。

Asthenospheric流
Alvarez的假设是目前由西班牙皇家海军天文台的地球物理学家ManuelCatalán进行的研究的起点,美国NASA GSFC和美国马里兰州大学的Martos。使用先进的技术和板块构造理论,他们对其海底下方的德雷克通道或地球感兴趣,可以告诉我们哮喘流动及其对表面及以上的影响。

地球表面主要是被覆盖的
了解海洋及其演化对理解全球变化至关重要。

“软流圈”位于地球固体外壳或“岩石圈”的正下方,在其表面以下约100至300公里处延伸。软流圈是板块运动中最重要的一层,它在软流圈上方“滑动”,这得益于从深部地幔上升的对流。

软流圈洋流假设注入的热量影响对温度敏感的地球物理特征。地壳的磁学性质提供了地壳的一个视图,并提供了有关板块构造历史的信息。此外,磁异常提供了有关地球岩石圈热结构的信息:在温度较高的地方,磁异常振幅会减弱。

斯科舍海的障碍
Martos和Catalán的早期研究于2014年发布(Martos, 2014年)研究了太平洋和大西洋之间的外流障碍。它还着手根据全球卫星和重力数据的汇编和分析,确定德雷克海峡以东的斯各脱亚海下面岩石圈的主要特征。

Catalán和马托斯探索了大西洋下加的斯湾和加那利群岛之间的软流圈洋流。这个区域连接着一个活跃的火山环境:加那利群岛,以及两个构造板块——欧亚板块和非洲板块的交汇处。

特别是,他们首次确认了斯各脱亚海以下岩石圈深度的显著变化,西部地区岩石圈较薄。他们将此解释为软流圈洋流的结果,并认为新生斯科舍海的岩石圈变薄促进了太平洋和大西洋之间的地幔流动,支持阿尔瓦雷斯的假说。

地热构造
2019年,Catalán和马托斯发表研究(马托斯研究了斯各脱亚海岩石圈的地热结构以及太平洋和大西洋上地幔的关系。利用磁异常建立热模型,绘制海底地热热通量图,他们还使用多通道地震和卫星深度测量或“水深测量”数据来确定热沉降。

他们的研究发现存在两个高地热热流分支,一个在南美洲南部,另一个在南极半岛北部。正如阿尔瓦雷斯的假说所提出的,研究结果进一步证实了地幔外流的存在,它从太平洋流入大西洋。

数据还显示,西斯科舍海的海底比其他海洋更快地达到热平衡,其行为就像较大海洋中的旧海洋地壳一样。Catalán和Martos将探测到的异常热演化归因于两个高地热热流分支,它们作为异常热源造成了这种异常热状态和演化。

大西洋asthenospheric流
2019年,Catalán和Martos也发表了研究(Catalán在加的斯湾和加那利群岛之间的大西洋下方地幔中向北延伸的软流圈洋流。这个区域连接着活跃的火山环境——加那利群岛——和两个构造板块——欧亚板块和非洲板块的交汇处。

新生斯各脱亚海的岩石圈变薄,促进了太平洋和大西洋之间的地幔流动。

这里Catalán和Martos的目标是分析和整合不同的地球物理技术和数据,包括地热热流,总构造沉降和地震活动,以了解仍在争论的热点轨道的影响,这是造成加那利群岛的原因。他们希望通过这种方法在加那利群岛和加的斯湾这两个地点之间建立一个合理的地球动力学联系。

他们的研究发现一支地幔物质从加那利群岛向东北方向迁移,到达1000多公里外的加的斯湾。他们还发现,该地区地震发生的最大深度与岩石圈的热结构之间存在关联。

这项研究发现了加那利群岛和加的斯湾之间岩石圈变薄的证据,反过来,软流圈通道的存在连接了这两个场景,并局部改变了欧亚-非洲板块边界。这表明,由于下伏软流圈流的影响,目前的板块边界受到热影响,进而受到机械影响。

Catalán和Martos提出,斯各脱亚海(上盘)的软流圈流对鲍威尔盆地(下盘)地壳磁性性质的演化有重大影响。一个虚线正方形(上面的面板)划定了鲍威尔盆地。

鲍威尔盆地
最近是Catalán和马托斯发表的研究(Catalán在南极半岛东部的鲍威尔盆地(Powell Basin)发现了异常的磁异常。这个小海盆的形成是早期德雷克海峡开通和南极半岛东北端大陆断裂的副产品。

使用磁性,重力,多通道地震谱和碱基测量数据,他们发现海洋海底延伸似乎小于先前的想法。此外,它们检测到磁异常幅度几乎小于盆中的其他区域的区域。它们将这种弱磁响应归因于岩石圈引起的升高温度,该岩石圈引起的岩石圈的分支渗透到鲍威尔盆地。

结果,Catalán和Martos提出,来自斯科氏海的哮喘流动对鲍威尔盆地的地壳磁性的演变产生了重大影响。

结论
正如Catalán和Martos所指出的,“地球表面主要由海洋覆盖,了解海洋的演化对于理解全球变化至关重要。”

他们在德雷克海峡和斯科舍海地区的广泛工作帮助支持了阿尔瓦雷斯关于地幔外流存在的假设,并将该地区确立为地球上最重要的软流圈门户之一。

他们的研究进一步表明,软流圈流不仅影响控制板块构造的动力学,而且还影响地壳磁性性质,如在鲍威尔盆地看到的。此外,软流圈流动影响一个地区的地震活动,例如在加的斯湾,这是两个构造板块的交汇处。

个人反应

德雷克通道的开放,与你的研究如此相关,似乎发生在一个重大气候变化的时期,它导致了南极绕极流的形成。从科学的角度来看,它与当前气候的联系是非常清楚的。你的研究有没有简单的收获,可以帮助我们了解当前的世界气候危机?

我们必须认为我们的行星表现为稳定的热力学系统,赤道和杆子分别充当炎热和冷源,以及伟大的海洋电流作为其在它们之间的能量运输的皮带。

这种情况是由大陆块体的分布决定的。改变质量的分布可以改变这一过程及其演化,但它发生的时间尺度是数百万年。

你现在问我们的问题是在一个更短的时间尺度上测量的,几百年,它与其他因素有关。从这个意义上说,当前和短期变化的原因和影响不属于我们的研究框架的一部分。

你的研究大部分位于世界上最偏远和极端的地理区域之一。在这样的条件下工作,你觉得最具挑战性的是什么?

也许在这些考察中最大的挑战不是让科学仪器正常工作,或者得到高质量的数据。所有这些都是理所当然的,因为科学团队是由专业人士组成的。当工作在极端天气条件下,在狭小的空间中进行时,无论是在船上还是在小站中,最大的挑战是保持团队成员之间良好的气氛和和谐。摩擦和紧张不仅是不可取的,而且还会影响考察本身的科学表现。

这篇特写文章是经过研究团队的批准创建的特写。这是一个协作产品,由那些特色援助免费,全球发行。

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