nature：地幔柱，破坏大陆的刀斧手
在地球的某些地方，物质像圆柱一样从地核的边界层和下地幔上升到几百公里以上的地壳下面。由于坚硬的地壳和岩石圈地幔的阻力，物质的流动变得更宽，呈现出蘑菇状。专家称这些岩浆柱为“地幔柱”。
地幔柱是造成非洲裂谷系统的原因吗?
地质学家认为，地幔柱不仅是构造活动性区域之外的火山形成的原因，它们还可以分裂大陆。科学家们以达纳基尔洼地(埃塞俄比亚-厄立特里亚-吉布提三角地带的低地)为例。这个“三重交界处”在构造上和火山上都非常活跃。地质学家认为，所谓的Afar地幔柱在它下面升起，并创造了一个裂谷系统，分叉进入红海、亚丁湾和非洲大裂谷。然而，从地质学上讲，这一过程发生所需要的时间之长，意味着没有人能够绝对肯定地证实或否认地幔柱的力量导致了大陆的解体。
地质学模拟让过程变得更加真实
Evgueni Burov是巴黎第六大学的教授，Taras Gerya是苏黎世联邦理工学院的地球物理学教授，他们现在用一种新的计算机模型在解决这一地质谜题上又迈进了一步。他们的论文最近发表在《nature》杂志上。这两位研究人员进行了数值实验，以高分辨率3D技术再现了地球表面这些模拟表明，如果构造板块处于(弱)拉应力下，物质的上升流动足以引起大陆破裂。Gerya说:“地幔柱施加在一个盘子上的力实际上太弱了，无法将它打碎。”在使用简单模型的实验中，研究人员让地幔柱撞击一个无应力的板块，这个板块并没有破裂，只是形成了一个圆形的驼峰。然而，当地球物理学家用一个板块在弱拉应力下模拟相同的过程时，它破裂了，形成了一个像世界各地一样的裂缝和裂谷系统。
“这个过程可以比作一块绷紧的塑料薄膜。弱、尖的力足以撕破薄膜，但如果薄膜不拉紧，就很难撕破。”这一机制在过去已经被提出作为解释大陆分裂的一个可能模型，但在此之前从未被合理地总结过。
第一次高分辨率模拟过程
Gerya说:“我们是第一个建立如此高分辨率的模型来演示地幔柱是如何在拉伸应力下与板块相互作用的。”模拟需要由科学家自己编写的快速、强大的计算机和稳定的算法。研究人员受益于ETH教授在过去十年在这一领域取得的技术进步和积累的经验。
在该模型中，从地质学的角度来看，变形很快就产生了。“仅仅”200万年就可以形成几公里深、一千多公里长的裂谷系统。因此，这一过程比俯冲等构造过程快10倍，比阿尔卑斯造山运动快50倍。
地幔柱与板块相互作用的模拟结果
有争议的想法
关于地幔柱的观点存在广泛争议，一些研究人员甚至否认它们的存在。Gerya说:“我认为它们存在的可能性更大。”在地质学中，特别是在研究地球内部时，这种情况经常发生，像地幔柱的存在这样的过程和现象是不能直接观察到的。此外，地质作用发生的时间太长，人类无法亲身体验。“到目前为止，我们只能观察到地幔柱对地球表面和地球内部地震波传播的影响。”因此，科学家们依赖于良好的、现实的模型，这些模型显示了地质时间推移的过程。计算模拟的真实性取决于所使用的参数。柱-板相互作用模型包括物理定律、地壳和地幔中的物质特征以及温度和压力条件。“我们知道规则，但人类通常缺乏直觉，无法确定它们在地质时间尺度上是如何相互作用的。”
地表演化模型
参考文献：Burov E, Gerya T. Asymmetric three-dimensional topography over mantle plumes. Nature 513, 85–89 (04 September 2014), published online 3rd Sept 2014. DOI:10.1038/nature13703.
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