地殼在滴落？研究發現地下異常現象導致土耳其科尼亞盆地下沉

多倫多大學領導的一項最新分析顯示，，圖爾基中部安納托利亞高原的科尼亞盆地在數百萬年中不斷被重塑。研究小組的實驗模擬結合地質、地球物理和大地測量數據，解釋了盆地在不斷上升的高原內部神秘下沉的原因。 他們的發現支持了一種新的板塊構造概念，對那些沒有類似地球板塊構造的行星（如火星和金星）產生了影響。

地球科學家們在一個有機玻璃罐內建造了實驗室模型，以模擬岩石圈滴落的過程，並在該裝置的上方和旁邊安裝了攝像頭，以捕捉任何變化。 圖片來源：Julia Andersen/多倫多大學。

該研究最近發表在Nature Communications上，揭示了該地區的下沉是由於多級岩石圈滴落造成的--這種現象因構成地殼和上地幔的岩石物質的不穩定性而得名。 隨着地表下緻密的岩石碎片脫離並沉入流動性更強的地幔層，地表就會形成盆地和地殼山地褶皺等主要地貌。

"通過衛星數據，我們在科尼亞盆地觀察到一個圓形特徵，地殼正在下沉或盆地正在加深，"該研究的第一作者、多倫多大學文理學院地球科學系博士生朱莉婭-安德森（Julia Andersen）說。"這促使我們查看地表下的其他地球物理數據，我們在那裡看到了上地幔的地震異常和增厚的地殼，這告訴我們那裡有高密度物質，並表明可能存在地幔岩石圈滴落"。

安納托利亞中部多階段岩石圈滴落過程的藝術印象。 通過安納托利亞中部下方的一次滴落，最初的岩石圈被移走，導致自 1000 萬年前到 800 萬年前的高原隆升（a），隨後是二次滴落的發展（b）以及相關的科尼亞盆地的形成。 時間軸（c）描繪了從 2500 萬年前至今安納托利亞中部岩石圈降水和地形演變的過程。 資料來源：Nevena Niagolova

這些結果與研究人員對南美洲安第斯山脈阿里扎羅盆地的形成進行的類似調查相呼應，表明這種現象可能發生在地球上的任何地方，並解釋了通常在山地高原地區發現的構造過程。

過去的研究表明，由於這種岩石圈滴落現象，中安納托利亞高原在過去的1000萬年裡上升了多達一公里。

"隨着岩石圈在該地區下方增厚和滴落，它在地表形成了一個盆地，後來當下面的重量斷裂並沉入地幔深處時，這個盆地又冒了出來，"地球科學系教授、該研究的合著者拉塞爾-派斯克利韋克（Russell Pysklywec）說。"我們現在看到，這一過程並非一次性的構造事件，最初的滴水似乎催生了該地區其他地方隨後發生的子事件，導致科尼亞盆地在持續上升的圖爾基耶高原上奇特地迅速下沉。"

新的發現表明，通過原生和次生岩石圈剝離的演變，高原隆升和盆地形成事件之間存在聯繫。"從根本上說，在高原持續隆起的同時，也發生了沉降"。

兩種岩石圈滴流的藝術印象。 一種類型會導致地殼增厚和隆起，而另一種類型則會在地表形成盆地，但不會產生水平變形。 資料來源：Julia Andersen/多倫多大學

安德森和研究報告的合著者（包括伊斯坦布爾技術大學和土耳其恰納卡萊昂賽基茲瑪爾特大學的同事）在實驗室實驗中重現了滴水過程，並對觀察結果進行了分析，最終得出了研究結論。

他們在一個有機玻璃罐中注入聚二甲基硅氧烷（PDMS）--一種硅聚合物流體，厚度約爲糖漿的 1000 倍--作爲地球的流體下地幔，再加入聚二甲基硅氧烷和模型粘土的混合物，複製地幔的最上層固體部分，最後在上面鋪上一層由陶瓷和二氧化硅球組成的沙狀層，作爲地球的地殼。

研究人員將一粒高密度種子插入 PDMS 和模型粘土層，啓動模型，隨後在重力作用下向下滴水。 研究人員在水箱上方和旁邊安裝了一組攝像頭，以記錄水箱隨時間發生的任何變化，大約每分鐘捕捉一張高分辨率圖像。

"在 10 小時內，我們觀察到了滴水的初始階段，我們稱之爲初級滴水。 在一次滴水接觸到盒子底部後，我們看到第二次滴水在 50 小時後開始沉入底部，"安德森說。"一次滴水和二次滴水都沒有在我們的人造地殼中造成任何水平變形，我們預計這種變形通常與地幔岩石圈滴水有關"。

研究人員已經知道初級滴流導致了實驗地表地形的變化，他們想知道次級滴流是否會對地表產生影響，因爲次級滴流比初級滴流更小。安德森說："我們注意到，隨着時間的推移，儘管地表的地殼沒有發生水平運動，但次級滴水確實將地殼向下拉動，並開始形成一個盆地。"安德森說："研究結果表明，這些重大構造事件是相互關聯的，岩石圈的一次滴落可能會引發行星內部深處的一系列活動。"

多倫多大學的研究揭示，圖爾基耶孔亞盆地的持續重塑是由岩石圈滴落驅動的，岩石碎片在此下沉並影響地表地形。 這種構造活動表明全世界都有類似的過程，對了解地球以外的行星地質學具有重要意義。

編譯自/SciTechDaily