落入地球地幔的稠密结晶“雨”或可解释形成于地壳之下的神秘地震边界

来自巴基斯坦和美国阿拉斯加州的岩石特性示意图，它们被用于构建一个解释莫荷界面是如何形成的最新模型。

（神秘的地球uux.cn）据凤凰科技：美国生活科学网站报道，最新一项发表在12月4日的期刊《自然》上的研究表明，落入地球地幔的稠密的结晶“雨”或可以解释形成于地壳之下的神秘地震边界。这一模型是基于来自猛烈撞击亚洲和美国阿拉斯加州的火山岛上的岩石证据，它证实了有关大陆形成长久存在的观点。“我认为这项研究将解决一系列事情，以及很多存在的问题。”研究首席作者、美国麻省理工学院的地质学家奥利弗·亚古茨（Oliver Jagoutz）这样说道。

亚古茨和研究合作作者、美国马萨诸塞州伍兹霍尔的伍兹霍尔海洋研讨所的马克·贝恩（Mark Behn）调查的地震边界被称为莫荷界面，它是以克罗地亚地震学家安德里亚·莫霍洛维奇(Andrija Mohorovicic)为名。1909年，莫霍洛维奇意识到地震波在大陆板块下方某个40千米深处的清晰边界会忽然加速。这项发现揭示了地球是分层的，有较轻的地壳和密集的地幔，地震波在后者里的传播速度更快。由于莫荷界面非常深，没有人直接观测到它，但科学家们花费了大量时间解释它为何存在以及它是如何形成的。

错位的莫荷界面

其中一个长久存在的问题便是缺失的莫荷界面——火山岛带，例如日本伊豆-小笠原岛（Izu-Bonin Islands）下方边界的缺失。由于这些“弧形列岛”是大陆的基本建造单元，缺失的莫荷界面成为神秘之谜。例如，北美东海岸拥有非常清晰的莫荷界面，但它也是数亿年前撞击大陆边缘的火山带缝合而成的。另一个问题便是大陆的岩石比海洋地壳里所含的二氧化硅要多10%，二者是火山岛带的岩浆的来源。

“如果我们想要在弧形列岛里产生大陆地壳，那么我们就面临两个问题，” 亚古茨说道。“我们在大陆表面发现的岩石非常类似于俯冲带里喷发的岩浆，但这需要一个机制实现熔化50%-60%的二氧化硅。我们面临的另一个问题是结构问题，从某种程度上讲我们需要引入主要的结构不连续性——莫荷界面，它不存在于弧形列岛但存在于大陆板块里。”

为了解决莫荷界面之谜，亚古茨和贝恩发现了一种观察低层地壳的方式，主要是通过之前的火山岛带的碎片，后者现在涌上了位于巴基斯坦和阿拉斯加州的低山植物层表面。这些岩石曾经位于40-50米深处。基于这些岩石他们创造了一个地球物理学模型，并将其与现在弧形列岛的地震数据相对比。

行星窗户

巴基斯坦岩石类似于现代弧形列岛，它们不存在形成莫荷界面所需的尖锐的密度反差。这些岩石层揭示了拥有相似密度的密集持续的岩石截面，例如辉长岩。但在阿拉斯加，这些岩石是缺失的。相反，在莫荷界面所处的深处，岩石层之间存在明显的密度骤增，这些岩石主要是斜辉橄榄岩和纯橄榄岩，而非辉长岩。亚古茨认为缺失的密集岩石提供了在火山岛弧发生事件的线索。

在地球内部的下部地壳，密集的结晶物质（名为堆积岩）“雨”从地壳底部落下。这些岩石比下方的地幔更加密集，因此它沉入地球深处。这个名为分层或者沉没的过程持续的剥去下部地壳。“它就像冰山，但实际脱落的物质其实是在水下的。” 亚古茨说道。移除这些密集的岩石后，留下的是更轻、富含二氧化硅的物质——就像在大陆上发现的岩石，亚古茨解释道。

下沉

研究人员认为莫荷界面的出现是伴随着火山活动发生的巨大变化，例如当熔化停滞或者俯冲带关闭。由于火山岛带似乎位于俯冲带之上，当板块沉入地幔并释放触发熔化的液体，新的岩浆将向上涌从而代替了缺失的地壳。但由于没有新的岩浆不断补充结晶雨，最终地壳较轻物质和下方密集的地幔之间将形成尖锐的边界。

“当这一切发生时，地幔将保持相对炙热相当一段时间，物质将逐渐下沉，” 亚古茨说道。弧形列岛地壳分层理论的最初支持者之一、美国康奈尔大学的地质学家苏珊妮·凯(Suzanne Kay)认为这项研究“非常有趣”但并没有开垦意义重大的新土地。

“海洋和大陆分层以及分层导致大陆地壳组成成分的连接的概念已经存在了20多年，其他人也在思考分层物质的最终命运，”凯这样说道。