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没有板块运动的地球会是怎样的?科学家认为将会是真正的世界末日

2018-09-11 09:03:15 来源: 前瞻网 作者:
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没有一个地质艺术家能和地球板块构造学相提并论。正是由于这项每时每刻都在进行的板块运动,我们才有了山脉和海洋,可怕的地震,炽热的火山爆发,每一秒钟都有新

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没有一个地质艺术家能和地球板块构造学相提并论。正是由于这项每时每刻都在进行的板块运动,我们才有了山脉和海洋,可怕的地震,炽热的火山爆发,每一秒钟都有新的陆地诞生。

但没有什么是永恒的。

最终,地幔会冷却到某个的程度,以致于这个遍布全行星的传送带会逐渐停止运转,在那时候,你就可以告别碳循环了,以及不断重塑和重组的大陆块(它们是千百年来进化的主要驱动力。)

国际地质科学联合会(International Union of Geological Sciences)主席、数学地球科学家Quiming Cheng是最新一位承负责预测这一黯淡日子何时到来的人,他估计,这一天将会在大约14.5亿年后到来,这远早于大约54亿年后太阳膨胀成为红巨星并吞噬我们的那一天。

这项发表在本月《冈瓦纳研究》(Gondwana Research)上的研究引发了争议。一些专家认为,我们永远无法准确预测板块构造什么时候终结。但科学家们大体上同意这样的结局终有一天会到来,这将使地球走上一条地质停滞的道路。

那么,当这些主要的行星进程停止时,我们的家园将会变成什么样子呢?

构造拼图

搞清楚这一点意味着首先要了解板块构造是如何工作的。地球在45.4亿年前诞生于早期太阳系的废墟中。一旦完全熔化,岩石中形成的热量和放射性物质就开始逸出。随着地球的冷却,地球进入了目前的层状结构,有致密内部铁核,液态外部核,脆弱的上部地幔和地壳,下层地幔的塑料状高温岩石则被夹在中间。

在6亿到35亿年前的某个时间段,由地壳和上地幔组成的板块——统称为岩石圈——变得寒冷而致密,足以沉入下地幔,开启了板块构造的时代。岩石圈被分割成板块拼图,板块不断地在地球表面碰撞,推动着海洋上方和下方的地质活动。

在洋中脊,地幔物质上升、解压并引发大量融化,形成海洋岩石圈。更冷更密集的板块边缘帮助将岩石圈板块从这些山脊拉到深处。它们通常潜入密度更低的大洋或大陆板块下,这一过程被称为俯冲。这种活动会在地表产生火山爆发和新的地壳。

当两块大陆板块碰撞时,它们会弯曲,形成山脉,如阿尔卑斯山脉或喜马拉雅山脉。上升的地幔柱有时会出现在大陆板块或海洋板块之下,这种不断移动的融化中心形成了火山链。

不过,到了某一时刻,地幔会冷却到某种的程度,以至于板块再也无法沉入其中,一些研究曾试图预测这种情况何时会发生。

Cheng的新论文基于30亿年前到现在地球岩浆活动的强度,利用数学模型估计地幔冷却的速度。他说,这让我们对板块构造何时结束有了一阶估计。

在通往静止的道路上

美国地质调查局的地球物理学家肯·哈德纳特( Ken Hudnut)说,不管这个数字有多精确,板块构造将不可避免地停止。当这一天到来的时候,“很可能就是我们所知道的世界末日。”

地球很可能会进入一个单一的盖层,一个由巨大的板块组成的完整拼图,不再漂移或下沉。造山运动将会停止,但地球仍会有大气层,所以风和浪的侵蚀将会把那些雄伟的山峰风化为丘陵高原,最终,大部分被夷为平地的大陆将被淹没在水下。

俯冲带将不复存在,因此,虽然地震仍会不时发生,但7级以上的真正惊天动地的地震将会成为历史。与此同时,世界上大部分的火山爆发也将会停止——尽管火山不会被完全熄灭。

火星是一个失败的板块构造的世界,但它确实成功地锻造了一些令人印象深刻的火山特征,包括太阳系内最大的火山奥林匹斯山。在没有板块移动的情况下,这个长时间存在的上升地幔柱将大量的地壳熔融集中在一个点上。

未来地球的地幔会保持足够的温度来对流和部分融化,我们也将会继续得到类似但分散的火山喷发的固定热点。在地球上,我们永远不会会有像奥林匹斯山那样大的东西,因为我们的引力场太强大了,任何大而高的东西都会沉入地壳。相反,我们的多数火山会更低矮,分布更广。

就像现在正在发生的那样,下部岩石圈的一部分会继续剥落并落入地幔中特别热的部分。这将导致地幔物质在原地上升,推高地壳,形成孤立的山脉和相关盆地。这种活动会引起轻微的地震,甚至可能造成更多的火山活动。

“这些是金星表面形成的过程,”德克萨斯大学达拉斯分校的板块构造专家罗伯特·斯特恩( Robert Stern)说,他指的是另一个板块构造活动并没有完全运作的的世界。最终,随着冷却的继续,这些机制也将停止,地球最后的火山火光将被熄灭。地幔将变得比现在更寒冷,地球将“像水星一样变成一个死的行星,”他说。

也许就在板块运动开始停止之前,地球的液态核心冷却就足以结束对流,导致地球的保护性磁场失效,接着太阳的高能粒子流将会带走我们的大气层,继而把海洋煮沸。

Hudnut 说:“在板块构造停止之后,我们也没有什么可指望的了。”他预测,地球只会变得越来越平坦,越来越无趣,直到“剩下的地球撞向太阳”。

板块构造的预言者

其他研究人员提出了不同的板块构造活动停止日期。2016年的一项研究使用了极为详细但经过简化的计算机模拟,将末日日期定在了50亿年左右,大致相当于太阳灭亡的时间。

另一篇2008年的论文利用过去板块构造活动的证据表明,板块构造是间歇性的。研究报告的作者预测,下一次大暂停将发生在3亿5千万年后,届时太平洋将会关闭,许多俯冲带将会停止活动。

“这个问题很好,的确,它最终是会结束,”Stern说。然而,他从根本上不同意这项新研究的推论。他说:“我不相信任何估计的板块构造的停止时间。”

位于阿灵顿的德克萨斯大学(University of Texas at Arlington)的一位名誉退休的板块构造专家克里斯托弗•斯科里斯(Christopher Scotese)认为,这篇论文不应该把重点放在地幔冷却上。相反,它应该把重点放在板块拖拉的机制上,因为“板块拖拉才是最重要的”。

Scotese预测,在未来10到20亿年板块运动带停止之前,板块构造将会继续活跃,而不是逐渐减速。他认为,随着地幔热流的减少,这些板块将变得极其冷却和致密,从而使它们能够更快地俯冲。

Hudnut指出,即使在短期内,预测任何未来的地球物理事件都是“超出目前人类能力的挑战”。尽管如此,他强调,未雨绸缪是件好事,虽然没有一篇预测论文是完美的,但它们确实凸显了主题的复杂性,以及我们对地球运行方式的了解存在哪些有趣的空白。

Scotese说,这些大相径庭的模型“有助于我们弄清楚对最初对板块构造发生原因的认识。我们可能会发现一些关于未来的东西,而这些东西可以在过去得到应用。”

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