科学家发现罕见证据：美国内华达山脉下方地壳正在剥落

据美媒4月18日报道，地震学家黛博拉·基尔布在梳理过去40年加利福尼亚州的地震记录时，注意到了一些奇怪的现象，一系列深层地震发生在内华达山脉下方，而该深度处地壳通常因温度过高、压力过大而不易发生地震活动。

“在加利福尼亚州北部，地震数据通常记录到约10公里的深度。而在加利福尼亚州南部，地震会深入至18公里左右”，基尔布说，她是加利福尼亚大学圣迭戈分校斯克里普斯海洋研究所的研究员，她指的是这些地区通常发生地震的深度。

但她发现，发生在山脉中部附近的地震深度可达上述深度的两倍——而且似乎仍在持续。

“我们发现一些地震发生在20公里以下，比如20公里到40公里之间，这非常奇怪”，基尔布说。“这不是地壳地震中常见的现象。”

基尔布将这些数据告知了维拉·舒尔特-佩尔库姆，她是环境科学研究合作研究所的研究科学家，也是科罗拉多大学博尔德分校地质科学系的副研究教授。舒尔特-佩尔库姆当时已经在研究内华达山脉独特的岩石特征，这些特征显示出该区域深部岩石发生了变形。

利用新发现的数据，研究人员采用了一种名为“接收函数分析”的技术对内华达山脉进行了成像，该技术利用地震波来绘制地球内部结构。科学家们发现，在山脉中部，地球的地壳目前正在剥落，这一过程在科学上被称为“岩石圈沉降”。基尔布和舒尔特-佩尔库姆于12月在《地球物理研究快报》上报告了这一发现。

这一假设与之前的推测相吻合，即该地区曾经历过岩石圈沉降，即地球最外层沉入地幔下层的过程。现在，研究作者认为这一过程仍在持续，并且目前正在向山脉北部推进，研究报告称。

“我们交流了笔记，发现我观察到的奇怪岩石结构（岩石的排列方式）信号和她发现的深层地震位于同一区域”，舒尔特-佩尔库姆说。“于是我们决定更仔细地研究，并发现了整个故事。”

舒尔特-佩尔库姆说，内华达山脉下方发生的情况可能为大陆的形成提供罕见的见解。这一发现还可以帮助科学家识别更多发生这一过程的区域，并更好地理解地震以及地球的运行机制，她补充道。

◇大陆是如何形成的

地球最上层是岩石圈，由坚硬的地壳和地幔顶部组成，地幔处于更致密但更流动的状态。这一层还包括地球的海洋地壳——海洋下方较薄且更致密的一层，以及位于其上的大陆地壳。但舒尔特-佩尔库姆说，这些亚层是如何达到这种理想状态，即大陆位于上方的，仍然是个谜。

“大陆恰好位于当前海平面之上，这对我们来说很幸运，因为……它们平均由密度较低的矿物组成”，舒尔特-佩尔库姆说。“要让它们位于更高处，你必须去除一些致密物质。”

岩石圈沉降是致密物质被拉到底部，而密度较低的物质上升到顶部的过程，从而形成了陆地。“这就像是将一些致密物质倾倒进下面粘稠的固体地幔层中，基本上将其分离，使其不再拉扯上面的低密度物质”，她解释道。

在对内华达山脉下方地球的成像中，研究人员在大约40至70公里深的地幔中发现了一层明显的层。数据显示，这一层具有特定的印记，这些印记逐渐向正北方向变化。

舒尔特-佩尔库姆说，如果把一块带有不同颜色斑点的黏土块放在手中挤压，这些斑点就会开始变成条纹——这与岩石变形的情况类似。

在内华达山脉南部，致密岩石的条纹最为明显，且已显示出与地壳分离的迹象，而在中部区域，这一过程似乎仍在持续。在内华达山脉北部，目前尚无变形的迹象。地幔中的这一明显层也可以解释基尔布发现的深层地震，因为中部区域的地壳因被拉下而变得异常厚，并且比通常在该深度发现的高温地幔物质更冷。

“岩石升温或降温需要很长时间。所以，如果你通过拉下或推上来移动一些物质，它需要一段时间来调整温度”，舒尔特-佩尔库姆说。

这一过程的证据一直很难获得。它在地面上不可见，而且是一个极其缓慢的过程。科学家推测，内华达山脉南部大约在400万至300万年前完成了岩石圈沉降的过程。

舒尔特-佩尔库姆说，这些自然事件似乎偶尔会在世界各地发生。“从地质学角度来看，这是一个相当快速的过程，期间会有长时间的稳定期。……岩石圈沉降可能早在我们开始形成大陆时就开始了，而且大陆随着时间的推移变得越来越大。所以，这是一个断断续续、局部发生的现象。”她补充道。

◇持续的争论

几十年来，内华达山脉一直是地质学界争论的话题，因为在大谷下方地幔中发现了一个异常现象。

佐治亚理工学院的研究地质学家兼博士后研究员米切尔·麦克米伦表示，虽然一些科学家认为岩石圈沉陷导致了这一特征，但其他科学家认为这可能是俯冲作用的结果，即海洋板块沉入密度较小的板块如大陆地壳下方，并改变地貌，他并未参与这项研究。

他说：“实际上有两种相互竞争的假设来解释所有这些数据，这在地质学中并不常见。……所以这篇论文将以一种非常新颖的方式为整个讨论增添内容”。

对这一区域进行进一步研究还可以帮助科学家更好地了解地球在长时间尺度上的演化。麦克米伦说，如果岩石圈沉降继续在内华达山脉下方进行，可以推测陆地将继续垂直拉伸，改变当前的地貌。但这可能需要几十万年到几百万年的时间，他补充道。

麦克米伦说，一般来说，大型山脉带或任何存在岩基的地方，都是可能发生这些事件的地方。例如，南美洲的长山脉安第斯山脉，就是科学家推测岩石圈沉降曾经发生且可能仍在持续的地方。

“我认为这项研究特别强调了将这些不同数据集联系起来的重要性”，麦克米伦说。

通过更好地了解这一过程，科学家可以更多地了解地球的功能以及地表以下发生的事情，包括与这一过程相关的地震，麦克米伦说。此外，金星没有像地球那样的板块构造，但有岩石圈沉降事件的证据，通过了解地球上的这一过程，我们可以开始将其应用于金星，他说。

“想到你可能正在……内华达山脉或山麓，甚至地球上的任何地方徒步旅行，而深处正发生着一些我们不知道的事情，这真的很迷人”，舒尔特-佩尔库姆说。

“我们在某种程度上要感谢这些过程，因为它们让我们得以生活在陆地上。如果地球没有形成大陆，那么我们将是完全不同的生物。……我们之所以进化，是因为地球以这样的方式演化。所以，了解你所处的整个系统，我认为这具有超越减少地震造成的经济损失和人员伤亡的价值”，她补充道。