巨大的力量,地球数百万年的扭曲与变形

经典的板块构造理论是在20世纪60年代发展起来的。它提出，地球的外层是由少数几个刚性板块组成的，将这些版块分隔开来的是一些狭窄的边界。我们可以将地球表面看作是一个简易拼图，它只有9个大的板块和一堆小小的板块。

地球的刚性板块图，其中的主要构造板块被标记了出来。黑色线条表示的是狭窄的板块边界。这幅地图是使用的是由作者团队开发的板块重建软件Gplate所创建的。图片：MariaSeton,由作者提供。但是，在板块构造模型最初创建时，忽略了这些看似刚性的板块所经历过的巨大变形。现如今，在板块构造革命的50多年之后，我们可以非常确定的是，板块的大陆部分既不是均匀的，也不是刚性的。巨大的力量缓慢地推动着大陆滑过地下粘稠的地幔层，就好似推动饼干滑过温暖的太妃糖浆一样，这股力量给大陆施加压力，让地壳扭曲。这是一个已经持续了数百万年的过程。

在最近的一项研究中，我们与一组国际合作者一起建立了一个计算机模型，目的是为了弄清楚自大约2.5亿年前的三叠纪以来，大陆发生了多大程度的变形。在那不久之后，盘古大陆开始分裂，沿着非洲与北美之间的缝隙撕裂。在本月《构造学》期刊中，我们发表了一篇论文详细地阐述了对大陆断裂的新理解。

巨大的力量

我们已经知道的是，巨大的构造力会沿着板块间的边界作用。这一点我们可以在大陆的相互碰撞中观察到，比如非洲大陆与欧亚大陆的相互碰撞形成了阿尔卑斯山脉；也可以在大陆被撕裂形成盆地时看到，比如发生在东非的那样。

阿尔卑斯山脉褶皱的海洋沉积物，是由于非洲大陆与欧亚大陆的碰撞而产生的隆起和变形。图片：KurtStüwe，作者提供我们的新研究利用了许多地质数据和地球物理数据，确定了所有主要的大陆变形区域，与此同时，我们还使用自己开发的GPlates软件建立了一个全球板块运动模型。

结果发现，自盘古大陆的最初分裂以来，至少有1/3的大陆地壳已经发生了巨大的变形，这一面积高达万平方公里，大致相当于北美、南美和非洲面积的总和。

现在的大陆与海洋地图，图中标记的是在过去2亿5千万年间经历了压缩或扩张的区域。图片：SabinZahirovic，作者提供这些发生了变形的大陆区域包括像西兰大陆（目前94%的西兰大陆区域已被海水淹没，只有新西兰等岛屿还浮在水面上）这种被拉伸和淹没的大陆，也包括由碰撞产生的山带的地壳收缩区域，例如喜马拉雅山脉、欧洲的阿尔卑斯山脉、伊朗的扎格罗斯山脉和新西兰南阿尔卑斯山等等。

在新西兰的旺阿帕劳阿半岛的褶皱海洋沉积物，反映了在距今约万年前的中新世初期，位于新西兰北部的汇聚板块边界的形成。图片：AdrianaDutkiewicz作者提供。人类的摇篮

当地壳被拉伸和变薄时，地壳的扭曲通常是不会出现在我们的视线之内的，因为它们会很快就被沉积物所覆盖。但也有例外。东非大裂谷就是这样一个例外，它是地壳扩张在地表可见的最壮观示例之一。它没有下降到海平面以下，因为这个地区在被地幔柱向上推，地幔柱是由高温熔融物质上涌形成的，会导致隆起和火山活动。

东非大裂谷在一个巨大的断层系统之下，这个断层系统将非洲一分为二。断裂将原本平坦的地貌变成了高四千米的山脉以及湖泊盆地，从沙漠到云雾森林，各种植被覆盖的状况应有尽有。这种地表环境的多样性为人类的早期进化和多样化铺平了道路。

应力的重要性

作用于大陆上的持续应力和应变为我们提供了一份重要的地球历史记录。我们通过对大陆随时间流逝的变形模式进行建模，可以探索地震和火山活动的区域模式，还能解释地球气候随时间而出现的剧烈变化。不仅如此，它还为我们提供了一个以构造数据为基础的框架，可以帮助我们寻找一些矿物资源，例如金属钴和钨，这对拥有一个可持续能源的未来是非常有有益的。

博科园-科学科普｜文:DietmarMüller（悉尼大学地球物理学教授）,MariaSeton（悉尼大学ARCFutureFellow）,SabinZahirovic（悉尼大学博士后研究助理）转自:原理/principia博科园-传递宇宙科学之美

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