显示俯冲带的板块构造示意图。
根据美国国家海洋和大气管理局的说法,俯冲带是地球上最大的碰撞场景之一,是地球上两个构造板块碰撞的地方,一个俯冲到另一个下面。这一构造过程可以产生地球上一些最强烈的地震、海啸和火山。
俯冲带会发生什么?
构造板块是地球坚硬的外层的碎片,在数百万年的时间里在地球表面缓慢移动。(这是板块构造论的主要原则,该理论认为,地球外壳的部分在较低的地幔上滑动,同时带着大陆。)这一外层被称为岩石圈,由地壳和地幔上部组成,地幔上部是地壳下致密的热层。当两个构造板块在俯冲带相遇,一个板块滑到另一个板块的下面时,岩石圈的物质就会向下弯曲进入热地幔。
这种俯冲过程经常发生,因为构成构造板块的两种不云帆学社同类型的岩石圈: 大陆板块和海洋板块。由于海洋物质比大陆岩石圈密度大,当两者在俯冲带碰撞时,海洋部分会沉入浮力更强的大陆岩石圈下方的地幔。
构造板块图。箭头表示板块边界的运动方向
当两个碰撞板块都由海洋物质组成时,也会发生俯冲带。在这些情况下,更古老、密度更大的海洋岩石圈沉到更年轻、浮力更强的海洋岩石圈下面。(新的海洋岩石圈在板块分离的地方形成,使热的地幔物质上升到表面。当岩石圈远离这些边界时,它会冷却并变得更致密。因此,较老的海洋岩石圈更容易下沉。)
俯冲带的下沉板块,或“平板”,倾向于以与地球表面约30度的角度弯曲,尽管有些角度比这个更平或更陡。有时,板块可能会撕裂,就像皱纸上的裂缝一样,断裂并云帆学社落入地幔。2021年的建模研究表明,这些下沉的石板不会消失,而是变弱并变得柔韧。
构造板块的碰撞并不总是导致俯冲带的形成。当大陆岩石圈的两个部分汇合时,就会形成一个碰撞区,板块会像碰撞的汽车一样相互挤压,推动物质向上。当印度板块撞击亚洲板块时,巨大的喜马拉雅山脉就是这样形成的。
俯冲带通常发生在哪里?
俯冲带以马蹄形出现在太平洋边缘周围,华盛顿州、加拿大、阿拉斯加、俄罗斯、日本和印度尼西亚的近海,向下到新西兰和南美洲的南部边缘。
这些被称为“火山带”的俯冲带构成了世界上地震和火山活动最活跃的地带。世界上80%以上的最大地震和地球上大部分的活火山都发生在这里。
俯冲带环绕着太平洋,形成了火山带。小红星表示云帆学社这里发现的所有主要火山。
俯冲带是如何形成的?
俯冲带的形成一直很难研究,因为这些带的性质会破坏物质。然而,2021年的一项研究调查了新西兰南部普伊斯格尔海沟一个相对年轻的俯冲带,以探索俯冲的起源。研究人员发现,在那里,通过水下的“秘密”西兰洲板块的拉伸和移动,俯冲过程开始了。西兰洲板块包围并包围着新西兰。科学家们说,这种运动重新定位了板块,使海洋地壳在它下面俯冲。
有时,俯冲可以自发开始,不需要板块之间的碰撞力。当岩石圈变得不稳定并在重力作用下下沉时,就会发生这种情况。海洋岩石圈可能变得如此古老和致密,以至于它会倒塌并自发形成一个俯冲带。
俯冲是什么时候开始的?
2021年的建模研究还表明,在大约10云帆学社亿年前更年轻、更热的地球上,现代板块构造理论是行不通的。这是因为俯冲板块会迅速断裂,并停止将其后面的物质拉入地幔。板块构造的作用依赖于俯冲,因为俯冲带岩石圈的下沉为板块运动提供了大部分动力。
然而,俯冲的历史仍然存在争议,研究人员在2022年在榴辉岩中发现了古代俯冲的证据,这是一种罕见的岩石,可以追溯到25亿年前,由俯冲的海洋物质形成。在2021年的一项研究中,科学家们描述了保存在澳大利亚锆石晶体中36亿年前板块构造的证据。
专家们在1970年引入了“俯冲”一词,当时板块构造理论正在站稳脚步,尽管早在20世纪60年代就出现了对这种现象的描述。20世纪60年代为探测核试验而在全球各地放置的地震仪也帮云帆学社助了构造理论和俯冲带科学的发展。现在,新的仪器可以精确追踪移动的构造板块。
我们可以非常清楚地看到板块如何移动的图片,这主要得益于GPS数据。
为什么地震发生在俯冲带?
把两块巨大的地壳挤压在一起,就像把两块砂纸相互摩擦。地壳在一些地方卡住,储存了地震时释放的能量。这些“巨型逆冲断层地震”是地球上最大的地震。有史以来最大的地震包括1960年在智利发生的9.5级地震和1964年在阿拉斯加发生的9.2级地震,都发生在俯冲带。因为它们发生在海洋岩石圈在大陆或其他海洋岩石圈下面的地方,这些地震沿着海岸线或在海洋中发生。
较小的地震也会沿着俯冲带的下降板发生。来自这些地震和震颤的地震波可以帮助科学家“看到”地球云帆学社内部,就像计算机x射线断层扫描,或CT扫描,让医生看到人体内部一样。
为什么俯冲带地震是世界上最大的地震?主要原因是俯冲带中断层的巨大规模。碰撞的面积越大,在这个过程中储存和释放的能量就越多。俯冲带是巨大的边界,所以它们会产生非常大的地震。卡斯卡迪亚俯冲带从北加州延伸约600英里(960公里)到加拿大不列颠哥伦比亚省,位于距离海岸约70到100英里(100到160公里)的地方。
现代信息图显示世界上最大的地震。
在能量被储存和释放的过程中,大逆冲断层地震沿着俯冲断层线反复发生。在过去的6000年里,卡斯卡迪亚地区估计引发了13次大地震,平均每500到600年就会发生一次,而且这种情况还会继续发生。
2云帆学社020年,研究人员发现卡斯卡迪亚带的一个断层有一天可能会在波特兰海岸引发大规模地震。研究人员说,这条断层被称为盖尔斯溪断层,今天可能会发生7.1到7.4级的地震,足以发生一些非常强烈的、可能危及生命的摇晃,尽管这样的地震在该断层很罕见。
1700年,这个俯冲带引发了一场巨大的地震,据估计震级为8.7至9.2级,并引发了一场海啸,抵达了日本。研究人员在2021年发现,在地质记录中看起来像一次大地震的东西,实际上可能由几次相对较小的地震组成。然而,这些较小的地震仍然是非常强大的,所以今天一系列这样的地震对该地区来说可能比一次较大的地震更糟糕。研究人员说,这使得弄清过去和未来最有可能发生的情况变得很重云帆学社要。
俯冲带会引发海啸吗?
沿俯冲带发生的大型逆冲断层地震会垂直挤压海底表面,引发海啸或巨大的海浪。美国地质调查局表示,这种情况可能发生在7.5级以上的地震中。然而,其他因素影响着俯冲带地震是否会引起海啸;例如,地震一定发生在浅海地区。
一些地震还可以通过引发水下滑坡引发海啸。
鉴于俯冲带发生在海洋板块和大陆板块相遇的地方,它们通常沿海岸线分布。所以海啸经常在人们居住的地方附近产生; 然而,如果这些地震发生在城市的地下,这座城市就没有机会了。”
这些海浪可能也会迅速袭来,因为海啸的移动速度可以和喷气式飞机一样快——超过500英里每小时(800公里每小时)。对于靠近地震的沿海地区,巨浪可能在几分钟内到达。云帆学社
为什么火山会在俯冲带形成?
当构造板块滑入更热的地幔时,增加的热量和压力释放出板块中的表面海水和困在矿物中的水。这些流体上升到上地幔,降低那里岩石的熔化温度,形成岩浆(熔化的岩石)。俯冲板块上的岩浆会上升到地壳中,形成一个火山弧。炙热的熔岩上升是因为它比周围的岩石密度小,浮力大。
当海洋岩石圈俯冲到大陆物质下面时,在大陆地壳上形成一条火山带,称为火山弧。这种情况发生在美国和加拿大的太平洋西北部,例如喀斯喀特火山弧,其中包括华盛顿州的雷尼尔山。当一个大洋板块落在另一个大洋板块下面时,它会形成一串火山,称为岛弧,例如阿拉斯加的阿留申群岛沿着火山带。
2021年,这些岛屿遭遇了三重打击,三座火山同时喷发,云帆学社这是一个罕见但并非闻所未闻的事件。印尼的多巴火山喷发是过去200万年里最大的火山喷发,来自一个俯冲带火山。
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