近日，南安普敦大学的科学家们回答了板块构造学中最令人困惑的问题之一：大陆的“稳定”部分如何以及为什么逐渐上升，形成地球上一些最大的地形特征。
他们的研究发现，当构造板块破裂时，地球深处会引发强烈的波浪，导致大陆表面上升超过一公里。
他们的发现有助于解开一个长期存在的谜团，即塑造和连接地球上一些最引人注目的地貌的动力——被称为“悬崖”和“高原”的广阔地形特征，这些特征深刻地影响着气候和生物。相关研究于近日发表在nature杂志正刊。
南安普敦大学地球科学教授、该研究的主要作者Tom Gernon说：“科学家们长期以来一直怀疑，被称为大悬崖的陡峭千米高的地形特征，就像环绕南非的经典例子一样，是在大陆裂谷并最终分裂时形成的。然而，解释为什么远离这些悬崖的大陆内部会上升并被侵蚀，已被证明更具挑战性。这个过程甚至与这些高耸悬崖的形成有关吗？简单地说，我们不知道。”
大陆稳定部分（称为克拉通）的垂直运动仍然是板块构造中最不为人所知的方面之一。
他们的研究结果有助于解释为什么以前被认为“稳定”的大陆部分地区会经历大量的隆起和侵蚀，以及这些过程如何向内陆迁移数百甚至数千公里，形成被称为高原的广阔高地，如南非的中部高原。
将钻石与地貌演变联系起来
基于去年发表在《nature》杂志上的将钻石喷发与大陆裂解联系起来的研究，该团队使用先进的计算机模型和统计方法来探究地球表面如何随着时间的推移对大陆板块的裂解做出反应。
他们发现，当大陆分裂时，大陆地壳的伸展会引起地幔（地壳和地核之间的巨大层）的剧烈运动。
地球动力学建模部门负责人Sascha Brune教授说：“这一过程可以比作向大陆移动并扰乱其深层基础的横扫运动。”
该团队注意到了一个有趣的模式：在他们的模拟中，地幔“波”在大陆下移动的速度与古代超级大陆冈瓦纳大陆解体后席卷南部非洲景观的主要侵蚀事件的速度非常接近。
科学家们拼凑出证据，提出大悬崖起源于古代裂谷的边缘，就像今天东非裂谷边缘看到的陡峭墙壁一样。与此同时，裂谷事件也引发了一场“深地幔波”，以每百万年约15-20公里的速度沿着大陆底部传播。
他们认为，这种波浪会对流地从大陆根部移除岩石层。
作者说：“就像热气球减重以升得更高一样，大陆物质的损失会导致大陆上升，这一过程称为均衡。”。
在此基础上，该团队模拟了地貌如何应对地幔驱动的隆起。他们发现，迁移的地幔不稳定性会导致持续数千万年的地表侵蚀波，并以类似的速度在整个大陆移动。这种强烈的侵蚀会移除大量岩石，导致地表进一步上升，形成高原。
“我们的地貌演化模型表明，与裂谷作用相关的一系列事件如何导致悬崖以及稳定、平坦的高原，即使数千米的岩石层被侵蚀，”同样位于波茨坦大学的GFZ波茨坦地球表面过程建模教授Jean Braun解释道。
该团队得出的结论是，触发钻石从地球深处迅速上升的地幔扰动链也从根本上塑造了大陆地貌，影响了从区域气候和生物多样性到人类定居模式的许多因素。
大陆裂解不仅扰乱了地球的深层，而且对大陆表面产生了影响，而这些影响以前被认为是稳定的。
参考文献：Thomas M. Gernon, Thea K. Hincks, Sascha Brune, Jean Braun, Stephen M. Jones, Derek Keir, Alice Cunningham, Anne Glerum. Coevolution of craton margins and interiors during continental break-up. Nature, 2024; 632 (8024)
