神秘百慕大:科学家发现新的火山形成方式

神秘百慕大:科学家发现新的火山形成方式图为从国际空间站拍摄的百慕大群岛,该群岛坐落于一座古老的火山之上。
摄影:NASA,CHRIS HADFIELD

撰文:ROBIN GEORGE ANDREWS

  全世界没有两座相同的火山,不过火山形成的方式却只有那么几种。然而,看起来构成百慕大群岛根基的古老火山却是个例外。

  科学家们对取自百慕大群岛深处的岩石进行研究后发现,这座安静的火山的形成方式截然不同。在本周发表于《自然》杂志上的新研究中,研究者不仅解决了一个有关这个美丽的大西洋岛屿的长期谜团,还发现了一种全新的火山形成方式。

  为了解决这个问题,研究小组检查了一根近800米长的岩柱,也是唯一一个取自百慕大群岛的岩芯样本。1972年,工作人员在一个机场附近钻出了这根岩柱,后来一直将其储藏在新斯科舍的达尔豪斯大学,如今早已落满灰尘。尽管研究小组猜测百慕大群岛一定经历了不同寻常的地质事件,但对这块岩石进行的全面地球化学分析还是令他们大吃一惊。

  “在过去的50年里,科学家一直在对海洋熔岩进行地球化学研究,然而却没人发现我们在百慕大岩石样本中发现的特征,”研究报告的合著者、康奈尔大学的地球化学家Esteban Gazel说。“有时候,运气好的话,你会获得一些新的和不一样的发现。”

  明斯特大学的地球化学家、新研究的共同作者Sarah Mazza说,既然构建了新的火山形成模型,我们就有可能发现百慕大并不孤单:大西洋中可能存在以相同或类似方式形成的其它火山。“我们只是还没有找到这类火山,”她说。

  南佛罗里达大学的火山学家、地球化学家Aurelie Germa说,该团队创建了一个百慕大火山形成模型,“可能有助于解释”类似地质构造环境中的其它火山的“地球化学不一致性”,“这些不一致性以前没有人能真正解释”。

构造含铅岩石

  到目前为止,人们所知的构造火山的方法包括可塑的炽热地幔中升起的羽柱,大洋中脊地区彼此分离的构造板块,或者俯冲带中一个板块俯冲到另一个板块之下。这些过程都能在地壳中形成岩浆块,然后在地表形成隆起的山峰。

  传统上,科学家用地幔柱来解释百慕大火山的下部分,这也是夏威夷群岛的形成机制:静止的地幔柱创造了许多火山岛,这些火山岛不断生长并最终喷发,最后随着上面的构造板块不断移动而沉寂。

  地球物理研究表明,百慕大群岛下方确实存在一个向上移动的温暖结构。不过,如果认为该结构是类似夏威夷岛的地幔柱,证据并不充分。百慕大没有类似夏威夷的岛链,如果存在地幔柱,那么按照预测,在如今的百慕大东南地区也应该有火山韦德娱乐1946手机版,但实际上并没有。

  在这种情况下,岩芯样本就能发挥作用了。岩芯记录了百慕大粉红海滩之下隐藏的火山世界。首先,岩芯含有比例异常的不同铅化合物,由两种铀衰变形成。只有在地幔内部物质来源的地质年代较年轻,而百慕大下方的地幔极其古老的情况下,上述情况才能得到解释。

  然而,大西洋是一个特殊的地方:Mazza称,大西洋之所以出现,完全是因为数亿年前盘古大陆的分裂。在这个超级大陆的形成或者毁灭过程中,滑动的地壳板块被推入下方的地幔中,而这里未来有一天会变成大西洋。如果深入研究,这些注定要消失的板块可能会成为研究小组寻找的年轻材料的来源。

疯狂的地幔

  这些板块很可能存储于地幔中所谓的过渡带,也就是位于地下400-640公里处的物理异常区域。来自地幔过渡带中的钻石表明,地幔中含有相当于多个海洋的水,以及大量的化合物,比如二氧化碳。

  果不其然,岩芯样本中包含了这些地质指纹的痕迹。在百慕大群岛的岩芯样本中,辉石等含水矿物的出奇的潮湿,而众所周知的是辉石极其干燥。火山岩中的主要化合物二氧化硅也不应该如此常见,这表明它是由高比例的二氧化碳推挤出来的。

  考虑到百慕大群岛主要组成部分的来源,研究小组利用计算机模型计算出了接下来会发生的地质变化。
在距今3000万年左右,百慕大地区的一次地质变动导致过渡带深层边界的地幔向上流动。在地幔的流动过程中,它带走了这些静止的板块上的一些物质。

  随着地幔及其混合物周围环境出现剧烈变化,这些物质开始熔化,形成了一中熔融汤。熔融汤径直流向地壳,在那里形成了一种奇怪的岩浆,岩浆喷发到海底,并最终形成了百慕大群岛。

回到未来

  长期以来,火山学家一直在推测板块中部用于构造火山的物质来源。最新研究首次发现了这些物质存在于地幔中部的有力证据,并由此找到了一种新的火山形成方式。

  史密森学会全球火山研究项目的火山学家Janine Krippner赞扬了该团队采用多种方法展开研究,她说,这项研究是“一个成功的地质探测”。

  马里兰大学的同位素地球化学家Val Finlayson说,这项研究是“对百慕大群岛起源的一次相当彻底的探索”。常规的地幔柱或许能解释这种情况,因为深层地幔柱在上升过程中会吞噬回收的地质构造物质,进而创造出该团队所看到的一些地球化学特征。不过,她表示,该团队“全面、多维的方法”使其新理论更具说服力。

  尽管该研究团队对其理论很有信心,但他们也不是很确定:“说到底,这只是对百慕大形成原因的一种解释,” Gazel说,还需要进一步的工作来证实这一点。

  赫尔大学的火山学家Rebecca Williams补充说,研究者之所以能构建这个非凡的理论,完全要归功于20世纪70年代采集的这个岩芯样本,当时还没有揭示火山秘密所需的科学知识。

  “谁知道未来我们的岩石样本中会获得什么发现呢?”她说。

(译者:流浪狗)

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