评论 地学

大洋深处的“苏轼”和“李白”,到底是一种什么样的存在?

命名 海山 地壳

溯鹰 发表于  2017-03-13 13:33

随着中国科研实力的蒸蒸日上,中华文化元素得以出现在越来越多的前沿科学领域。太空轨道上游弋着“天宫”与“神舟”,静谧月海矗立着“太微”与“广寒”。不过,除了“远而无所至极”的苍天,我们还有“纵横亘二洲,浪淘天地入东流”的大洋。蛟龙戏水,潜龙骋跃,蓝海的深处,我们泱泱华夏之声照样不会缺席。

去年年末最新消息,在中国大洋协会的主导下,位于太平洋、大西洋和印度洋的多个国际海底地理实体以中国名字命名,至今共计达163个。根据国际间水道测量组织和政府间海洋学委员会联合出版的《海底地名命名标准》,所谓的“海底地理实体”,是指“洋底或海床的一部分,其地势起伏轮廓鲜明可测或范围明确”。在这些被冠以璀璨名称的地理实体里,有西太平洋麦哲伦海山区的“鹿鸣”、“采薇”;有印度洋海域的“天休”、“卧蚕”和“大糦”热液活动区;甚至连名声如雷贯耳的大诗人李白、苏轼,也同样在海底世界有着自己的一席之地。

海底的“三苏”,它们位于北纬8度12.62分、西经146度38.70分。图片来源:中国大洋矿产资源研究开发协会,www.comra.org

2017年的开端可谓一片红火。但是作为死理性派,我们在听闻振奋人心的喜讯之余,自然还想了解这些中国风的名字背后,到底是什么样的存在。古人说得好,“知其然”也要“知其所以然”嘛。本文就带大家一起走进新闻背后,通过一场酣畅淋漓的洋底漫游,来了解这些大海之下的中国元素,都是些什么样的自然造物。

认识真正的大洋地壳

我要说的“洋底”是真正的“洋底”,并不是你经常在电视或图片上看到的,那种倒映着粼粼波光、有鱼群在珊瑚间游弋的场面。多数时候,这样的“海底”归根结底还是“陆地”的一部分,是大陆被海水淹没之处所具有的景象。礁滩一般很浅,阳光可以充分投射、水温温暖,所以才有种类丰富的生物在此生存。这些地方人们一般不会叫它们大洋,它们有专门的名字比如“陆架”或者“陆表海”。

不都是水体么,为什么在名词上锱铢必较呢?那是因为在自然科学里,陆(Continental)和洋(Oceanic)其实是两类完全不同的地质实体。它们成分不同、物理性质不同、厚度不同,甚至连寿命也完全不同。是的,我们要接受这么一个科学事实:整个地球表面,实际上镶嵌着两种从头到尾截然相异的地壳类型。就跟一个房间的地面上,同时铺着石材和木地板一样。

构成大陆的是陆壳,一般也称之为硅铝地壳,顾名思义,它富含Si、Al而相对缺Mg和Fe;被海水淹没的洋壳呢,一般称为镁铁地壳,毋庸多言,以Mg和Fe的富集为特征。由于硅铝质矿物(长石、石英)一般轻于镁铁质矿物(橄榄石、辉石、角闪石),陆壳一旦形成,很不容易回到地球内部。因此,大陆可谓是这颗星球上真正的“亿万年不沉之方舟”。最古老的陆壳(加拿大Acasta片麻岩区)寿命甚至有40亿年之久,是太古岩石圈残留至今的遗迹。之后每个时代所形成的新生陆壳,最终都会在板块构造的作用下,贴合到陆核——也就是几十亿年前最初的原生大陆周围,导致大陆地壳随时间变得越来越厚,也就越来越不容易被带回地幔。

地球的剖面示意图,陆壳(Continentalcrust)和洋壳(Oceaniccrust)是两种截然不同的存在,共同漂浮在地幔(Mantle)之上。陆壳要远远厚于覆盖着海洋的洋壳。图片来源: www.pasqualerobustini.com

而大洋地壳呢?它是活的,是“苟日新,日日新,又日新”的。地球上现存最古老的洋壳残片,年龄也只有区区三百万年左右,总之,跟陆壳的40亿年相比,洋壳简直“太年轻”了!比1亿年更老的洋壳呢?早已被“传送带”送进地幔回炉重造啦。这个“传送带”是这样的:沿着大洋中脊(M.O.R,Mid-OceanRidge)——也就是横贯大洋中部的线状喷发口——新鲜的岩浆从地幔对流中不断输出,同时,对流环沿着大洋中脊向两侧缓缓滚动,洋壳就被一点点地被传送出去,送到靠近板块边缘的地方,然后沿着海沟(Trench)回到地球内部,重新融化成地幔,形成一个完整的轮回。

陆壳长期增生使得它越来越厚,平均厚度可以达到20-30km;而洋壳只是一层薄薄的传送带,平均厚度尚不到10km。在地壳均衡原理(浮力作用原理的一个地学推论,简单说就是一个漂浮物体的厚度越大,它在地下的深度和地表的高度也就越大)的作用下,厚度大、比重小的陆壳,可以塑造出比洋壳高耸得多的正地形。因此,海水深度不同只是洋陆差异的表象,厚度薄、比重大的洋壳要率先被海水淹没。而全球的海水都淹不到的地方,则是那一坨坨高耸的大陆。

洋底地貌的作俑者——地幔柱

上述那一切,基本都是板块运动所描绘的图景。但如果仅靠板块运动,洋壳上却断然不会出现丰富多彩的地貌类型。为什么呢?板块构造理论里有一条重要的假设:将板块视为刚体,地壳的应力作用于板块边缘。理想刚体内部是不受力的(显然真实情况并非如此),没有内部作用力,自然也就没有内部地壳活动;而没有内部地壳活动,又怎么会凭空出现丰富多彩的内部地貌类型呢?

但是,真实的情况是:软流圈对流其实很复杂,它的“核心产品线”上不止有板块构造这么一个“明星产品”。与之共存的,还有另一个重量级产物,那便是地幔柱运动(Mantle Plume Activity)。

地幔柱运动和板块构造在大地动力学上的地位,基本上是对等的。前者是大洋中脊处岩浆上涌的拉张力,和远离洋中脊处已经冷却掉的洋壳向下的拖曳力,合力作用的结果,其所表现出的样式是传送带式水平运动;而后者呢,是地幔深处向上涌起的热流所诱发的垂向运动。两者分别构成大地构造运动的X轴和Y轴,在表象上互不干涉。所以地幔柱根本无视你地球表层浮着的是什么板块,是板块中央还是板块边界,无论是啥,只要敢漂到地幔柱头部,后果只有一个,那就是——等着接受无差别的摧残吧。

这摧残有轻有重,具体得看地幔柱自己的规模:轻者则给你“顶个包”——也就是所谓的“板内地壳隆起”(Intraplate Crustal Uplift)——然后发育些地堑呀裂谷呀之类的东西;重则直接把你整个大陆撕裂,管你什么“亿万年的方舟”呢。撕了!然后在口子里给你活生生开辟个新的大洋!而且,地幔柱在撕大陆时,还能顺道搞些“微不足道的小事情”,比如生物大灭绝什么的,但这就是另外的话题了。

地幔柱的威能如此之大,恰恰是它这种垂向运动的习性,为大洋板块塑造了丰富的地貌。大洋板块一般比大陆板块大得多(你们人类引以为豪的欧亚大陆,还不是由无数小板块拼贴的结果么?人家大洋板块可不是呀),俗话说“树大招风”,大洋板块像毯子一样覆盖在地球表面,难免要遭到地幔柱的影响。

丰富多彩的海底地貌

地幔柱影响的原理可以这样比喻:它在垂直方向上不断拱顶,而板块在水平方向上不断漂移,整个过程就跟物理课上玩的打点计时器一样。一般来说,条带(板块)上的第一个点,是地幔柱头部敲下的,也是用力最狠的一“点”。地幔柱的形状如同蘑菇云,“蘑菇头”里蕴含着大量的岩浆。当它捅破地表时,大量岩浆在极短时间喷溢出来,一股脑堆在地表,形成高耸的玄武岩高原,这就是“大火成岩省”。全球大火成岩省里,最令我们熟悉的可能是“山月半轮秋”的西蜀峨眉——毕竟,她是我国唯一获得国际科学界公认的大火成岩省实体。然而,峨眉山玄武岩毕竟是陆地大火成岩省的代表。在海底,岩浆的“威能”演绎出来的,是另一个完全不同的故事。

在海底,大火成岩省的主要表现形式是洋底高原(Oceanic Plateau),这是大洋板块内部规模最大的地貌实体。今日地球上体积最大的大火成岩省,便是坐落在西太平洋的翁通爪哇洋底高原(OJP, Ontong-Java Plateau)。它的山根深嵌在洋壳之下(还是地壳均衡原理哦),而它高耸的顶部呢,则足以露出大洋的表面,撑起一个个小小的玄武岩列岛,为陆地生命的生存繁衍,提供赖以立足的绿洲。

“蘑菇头”终归会喷完,后续又长又细的“小尾巴”(见下图)才是“洋底盛宴”的主菜:这个持续上涌的“小尾巴”,会在大火成岩省漂走之后,在板块的后续部分拖出一系列“小动作”。小尾巴的能量显然没有开陆成海、构筑高原的地幔柱头部那么厉害,它们只能在地表形成一个个小小的“热点”(Hotspot)——不是你用来连WiFi的接口——而是温度较高的点。热点作为打点计时器的主菜,在板块这张纸条上打出一个又一个小火山。这些小火山的命名方式也是很有讲究的,如果它没能浮出水面,我们一般称它为海山(Seamount);而一旦浮出水面,它就有资格被叫做洋岛(Oceanic Island)了。

地球规模的“打点计时器”。图片来源:www.colorado.edu/geography/

随着板块持续运动,洋岛或海山也会逐渐漂离热点,从岩浆活动活跃的状态,一点点沉寂下去。内动力一但开始沉寂,地貌就会随之被剥蚀作用所主导。持续的剥蚀让它们很快失去引以为傲的尖峰,一个个成为“谢顶”的样子。它们就是我们常说的平顶海山(Guyot)。显然,无论洋岛、海山还是平顶海山,都是在热点的作用下形成的一种点状地貌。如果热点处的岩浆活动异常活跃,还能从“打点”直接变成“拖线”。热点将在板块上持续擦出一条连续的线状山脉。此时,形成的便是无震海岭(Aseismic Ridge)了。

海底平顶山的真实地球物理显示。图片来源:作者供图。

永恒的海底两万里

大洋的主要地貌类型不外乎这些。了解了各自的成因机制之后,我们的大洋之旅也告一段落。至此,再回到开头的新闻故事里,想必大家已经不会对那些“拗口”的专属名字感到陌生了。

曾经,它们是地幔柱所孕育的洋底娇子,在平坦单调的大洋板块上,写下一个个起伏涨落的章节。构造运动为冰冷的大洋底部带来活力,汩汩的岩浆为阴暗的深渊带来温暖;热液活动创造了生机与可能性,而这份可能性则呼应着亿万年前生命创始时的环境。

然而传送带不会停歇。这些海底的地理精灵们终归要离开它们的襁褓,在持续不断的板块漂移中,远离孕育它们的热点,一点点稳定下来,一点点刻上岁月的痕迹。洋壳毕竟不是巍巍不灭之大陆,它的尽头是海沟,多样的海底地貌,注定要在大地演化的悠悠纪年中,重回地下,回到地幔中,回到一次次轮回开始的地方。

然而,在孕育与消亡的自然轮回中,这些有幸跟人类共存于一个时代的个体们,却用另一种方式拥抱了永恒。智慧物种造访了它们,它们从洋壳上一个个默默无闻的地貌,变成了珍贵的大洋勘探数据。数据凝华为理论,最终再以理论的名义,接近万物之理的真相——而那,正是这个宇宙中真正永恒的东西。拥抱永恒的这个过程,我们称之为科学。

在这些默默无闻的洋底精灵们被认识、被记录、被铭记的过程中,它们与华夏文明的文化符号联姻。这些深埋在洋底的多彩世界,首次有了“名字”。每一个名字背后皆是优雅的典故,而典故的背后则是这个文明五千年波澜壮阔的史诗。

有心人肯定会发现:今日中国科研飞跃进展的过程本身,不同样也是这宏大史诗的一个篇章么?这是二十一世纪华夏民族的故事。这是一个在科学的时代,我们乘风破浪,创造功业的故事。(编辑:红色皇后)

拓展阅读

来自地幔的毁灭之柱
地质学,一个46亿年的浪漫故事
所罗门群岛地震:太平洋为何不太平?

热门评论

显示所有评论

全部评论(18)
  • 1楼
    2017-03-13 13:54 q68257962

    李白?苏轼?

    [4] 评论
  • 2楼
    2017-03-13 14:36 天降龙虾

    这文章的头尾部分和中间部分的差异,比洋壳和陆壳的差异还大。。。。

    不过,俺倒是知道了,海洋底部不适合长期定居,那里是地壳的传送带部分。。。还是大陆比较踏实、稳定,就算是撕裂整片陆架的大地震,也比在海沟里慢慢沉入地幔要强啊。。。

    [1] 评论
  • 3楼
    2017-03-13 14:41 5美金

    窝嗅到了膜法的气息

    [0] 评论
  • 4楼
    2017-03-13 15:14 有人
    引用@天降龙虾 的话:这文章的头尾部分和中间部分的差异,比洋壳和陆壳的差异还大。。。。不过,俺倒是知道了,海洋底部不适合长期定居,那里是地壳的传送带部分。。。还是大陆比较踏实、稳定,就算是撕裂整片陆架的大地震,也比在海沟里...


    这个长期,有多长?


    我相信,终我的一生,也不会传送出100米去的。

    [0] 评论
  • 5楼
    2017-03-13 15:16 q68257962
    引用@有人 的话: 这个长期,有多长? 我相信,终我的一生,也不会传送出100米去的。

    如果去到那里的话,你的一生很快就结束了。

    [0] 评论
  • 6楼
    2017-03-13 15:27 天降龙虾
    引用@有人 的话: 这个长期,有多长? 我相信,终我的一生,也不会传送出100米去的。

    嗯,据文章中说,大概300万年以内。。。。

    [0] 评论
  • 7楼
    2017-03-13 17:28 刘公子是小布尔乔亚

    还是中文的名字好,比外文的美多了

    [0] 评论
  • 8楼
    2017-03-14 06:28 jamaicarum

    苏轼=sushi,很好,苏大大吃货本质不变hhhhh

    [4] 评论
  • 9楼
    2017-03-14 09:00 大头米少

    然而许多人看到的并不是苏大学士,尤其是像9楼那样的吃货更是不会。

    [1] 评论
  • 10楼
    2017-03-14 10:56 阳光与尘埃

    说好的李白呢,李白呢,李白呢,我要看他3刀放大!

    [0] 评论
  • 11楼
    2017-03-14 10:57 zzzhu

    那么李白被用来命名了什么?

    [0] 评论
  • 12楼
    2017-03-14 14:15 科学饲养神龙

    干货


    来自 果壳的壳
    [0] 评论
  • 13楼
    2017-03-14 15:56 nefru123

    把题图交出来

    [0] 评论
  • 14楼
    2017-03-14 17:33 墨斗墨斗墨斗墨斗
    引用@q68257962 的话:李白?苏轼?

    杜甫能动

    [1] 评论
  • 15楼
    2017-03-14 17:34 墨斗墨斗墨斗墨斗
    引用@大头米少 的话:然而许多人看到的并不是苏大学士,尤其是像9楼那样的吃货更是不会。

    sushi 不是寿司吗

    [0] 评论
  • 16楼
    2017-03-15 05:03 jamaicarum
    引用@大头米少 的话:然而许多人看到的并不是苏大学士,尤其是像9楼那样的吃货更是不会。

    幸好苏大学士是hill,如果是sushi knoll,信不信十个人里得有九个看成sushi roll哈哈哈哈哈

    [0] 评论
  • 17楼
    2017-03-15 08:55 大头米少
    引用@jamaicarum 的话:幸好苏大学士是hill,如果是sushi knoll,信不信十个人里得有九个看成sushi roll哈哈哈哈哈

    然而寿司店可能会在不久的将来就推出Sushi Hill Sushi,或做成饭团样的。就再也纠缠不清了

    [0] 评论
  • 18楼
    2017-03-18 12:31 IVV万岁

    “热点”(Hotspot)理论不是被认为是错的吗?

    [0] 评论

显示所有评论

你的评论

登录 发表评论

溯鹰
溯鹰 构造地质学博士、科学松鼠会成员

作者的其他文章

更多科研事,扫码早知道

关于我们 加入果壳 媒体报道 帮助中心 果壳活动 免责声明 联系我们 移动版 移动应用

©2017果壳网    京ICP证100430号    京网文[2015] 0609-239号    新出发京零字东150005号     京公网安备11010502007133号

违法和不良信息举报邮箱:jubao@guokr.com    举报电话:13691127034