“地狱图集”逆转时钟

该模型显示海洋地壳板块俯冲到地球中心。资料来源:Fabio Crameri

在全球构造板块的交汇处，许多海洋地壳板块沉入地幔。这种连续的循环不仅会驱使大陆漂移，还会引发火山活动，形成像日本岛这样的岛屿和像安第斯山这样的山峰。这些板块的消失被称为俯冲，因为它们存在于数亿年前，两侧是山脉，所以很难重建。"每天，我们都在丢失地球表面的地质信息。"德克萨斯州休斯顿大学的地质学家乔尼·吴说，“就像你设法把丢失的玻璃碎片重新组合在一起一样。”

但是地质学家已经开始通过观察地幔来拾取碎片——使用类似于穿过地球内部的地震波产生的计算机断层扫描的图像。在过去的几年里，层析成像技术的进步揭示了许多这样的冷厚板块，它们在缓慢运动的过程中*地落入最终的“墓地”——地表下2900公里处地球熔化核心上方的岩石堆。

现在，地球内部的整体x光图像即将成为焦点。今年年底，在加州旧金山举行的美国地球物理联盟会议上，来自荷兰的一个科学研究小组将宣布一份100个俯冲板块的目录，该目录基于其断层成像模型和对其他已发表研究的重新分析。相关信息包括它们的年龄、大小和表面岩石记录。“我们的研究越来越深入，而且越来越老。”乌得勒支大学的地质学家Douwe van Hinsbergen说，他正与该校的地质学家Douwe van der Meer和wimspackman共同主持这个项目。

他们称之为“地狱地图”的信息包含了历史上地形和地貌的“幽灵”。通过倒转时钟和在地球表面“复活”这些目录中的板块，科学家可以了解古代海洋的大小和位置。此外，它们还能定位俯冲板块引发熔化、释放岩浆并上升到地壳导致火山爆发的位置。这有助于地球物理学家清楚地指出古代山峰出现的地方，并被夷为平地。他们的痕迹过去在无法解释的岩石记录中只有轻微可见。“这是一个非常激动人心的时刻，可以把所有这些难题组合在一起。”挪威奥斯陆大学地质结构建模专家Mathew Domeier说。

由于首选技术地幔层析成像的各种不确定性，这个梦想直到最近才成为现实。它依靠传感器收集的地震波，这些地震波在世界各地分布不均匀。更快到达的地震波被认为穿过了俯冲板块中更冷的岩石。然而，地震仪的覆盖面也是片面的。地震(地震波的来源)并不是到处都发生。此外，当地的地震波在靠近地球中心或长距离传播后会变得模糊。"那些具有最有趣结构的区域往往是最不确定的."马里兰大学城市学院的地形专家韦德·列基奇说。

奥斯陆大学的博士后研究员格雷斯·谢泼德说，世界各地的研究团队使用20多个模型来解释断层扫描数据，他们的地幔和构造图经常是矛盾的。今年12月，她将公布14种不同模型的对比，以评估哪些板块更有可能是真实的。她的研究结果将消除对乌得勒支地图集的一些疑虑。由于计算机能力的提高和类似比较项目的完善，地球内部的成像结果变得越来越可靠。

现在，正在消失的板块的图像足够精确，让科学家能够倒转时钟，重建正在消失的世界。在x光断层成像的早期阶段，俯冲板块看起来像熔岩灯中的斑点。然而，随着模型的改进，上地幔的板块已经显示出僵硬和连续的褶皱，休斯顿大学构造和断层成像中心的负责人约翰·苏佩说。这些图像非常清楚地表明，这些500公里厚的板块弯曲了，但当它们被俯冲下来时并没有折叠，这使得苏佩和其他科学家更容易解开这个谜。"我们发现这些板块不易折叠，变形也不严重."苏佩说。

他说，这些板块驱动的重建对之前的板块运动推测提出了质疑，之前的推测是基于大陆上保存的被侵蚀的古代海洋地壳。"我们过去几乎在任何地方都能观察到这些现象。"苏佩说，“但是我们在地幔中的发现和预测并不完全相同。”

据报道，重建还包括“复活”历史上消失的山脉。范辛斯卑尔根和他的同事也希望他们的板块构造地图集能够重建完整的古代地形。然而，即使有Suppe等人提出的这些被称为“板块构造”的新技术，对地幔中的海洋板块的记忆也只能延伸到2.5亿年前，那时板块落入地幔底部并被完全重复使用。此外，地球继续抹去它的痕迹。(晋南编)

中国科学新闻(2016-12-01第三版国际版)