顯示具有 過渡帶 標籤的文章。 顯示所有文章
顯示具有 過渡帶 標籤的文章。 顯示所有文章

2025年4月16日 星期三

沉浮其中:進入地函的板塊其宿命取決於古老的構造歷史

 原文網址:https://www.whoi.edu/press-room/news-release/sink-or-swim-the-fate-of-sinking-tectonic-plates-depends-on-their-ancient-tectonic-histories/

最新發表的研究指出許久以前的構造活動在海洋板塊內部造成的岩石成分異常,會影響其沉入地函時的速度與軌跡。

本研究區域的構造背景與用到的地震站。圖片來源: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08754-0

地函過渡帶(mantle transition zone, MTZ)位於地下410到660公里處,這個重要區域是物質進入地函深處的必經通道。地函過渡帶分佈著一些成分為玄武岩質的大型區域,它們會造成隱沒板塊(滑到另一個板塊下方的板塊)經過這裡時減速或停止下來,而不是直接沉到下部地函。雖然之前已經在地函過渡帶看到玄武岩質的儲集區域,但它們的起源卻還是不太清楚。

由南安普敦大學的研究人員(現在任職於伍茲霍爾海洋研究所)主持的國際地震學家團隊,提出了證據顯示他們找到一塊非常厚的地函過渡帶,其只能以該區域含有許多玄武岩質的成分來解釋。這項發現意謂在某些區域,整個海洋隱沒板塊(約100公里厚)都帶有大量玄武岩質的材料。

這篇發表於期刊《自然》(Nature)的發現讓我們對於板塊的隱沒作用有更多理解。此作用能把地表的物質和揮發性元素回收到地球內部深處,使得地球數十億年來可以維持氣候的長期穩定性、大氣成分的平衡以及生命的適居性。

這項突破性的研究是VoiLA(Volatiles in the Lesser Antilles,小安地列斯群島的揮發性元素)計畫的一部分,執行此計畫的團隊在小安地列斯群島的海床裝設了34具地震儀。

「這是首次在大西洋的隱沒帶進行的大規模海底地震實驗,」Catherine Rychert博士表示。她之前是南安普敦大學的副教授,現在則任職於伍茲霍爾海洋研究所。「我們並沒有預料到會在安地列斯群島下方發現厚度異常、約有330公里的地函過渡帶,這讓我們感到相當驚訝。在全世界觀察過的過渡帶中,這種厚度也是名列前茅。雖然加勒比海本來就因為陽光與沙灘而富有盛名,但它在板塊構造學的領域現在又有了新的名號。」

「板塊具有某種『記憶』並影響到它驅動地函對流以及把物質攪回地球內部的方式,這種想法實在是很瘋狂,」Nick Harmon博士表示。他之前是南安普敦大學的副教授,現在任職於伍茲霍爾海洋研究所。

主要作者Xusong Yang之前是南安普敦大學的訪問學者,現在任職於邁阿密大學。他強調:「我們不能忽視傳承在隱沒海洋板塊內部的組成不均,這種性質可能對它進入地球內部之後最終的命運會是如何有相當大的影響。」

主持這項實驗的為之前任職於南安普敦大學的Kate Rychert博士Nick Harmon博士、倫敦帝國學院的Saskia Goes教授、卡爾斯魯爾理工學院的Andreas Reitbrock教授。經費來自NERC(英國自然環境研究委員會)與ERC(歐洲研究院)。

 

Sink or Swim: the fate of sinking tectonic plates depends on their ancient tectonic histories

Newly published research has revealed that compositional rock anomalies within oceanic plates caused by ancient tectonics influence the trajectory and speed of the plates as they plunge deep into Earth’s mantle.

Between depths of 410 and 660 kilometers lies the mantle transition zone (MTZ), a critical region acting as a gateway for materials entering Earth's deeper mantle. Large distributions of basalt rock compositions within the MTZ can cause subducting plates—ones that slide beneath other—to slow and/or stagnate within this zone, instead of descending directly into the lower mantle. Although basalt reservoirs have previously been discovered in the MTZ, their origins have remained unclear.

An international team of seismologists led by the University of Southampton (and now at the Woods Hole Oceanographic Institution) has provided evidence of an extremely thick MTZ, which can only be explained by a large basaltic rock composition, suggesting that, in certain regions, entire oceanic slabs—approximately 100 kilometers thick—can possess significant basaltic material.

The findings, published in the journal Nature, provide a greater understanding of plate subduction, which recycles surface materials and volatile elements deep into the Earth's interior, sustaining long-term climate stability, atmospheric balance, and the habitability of our planet over billions of years.

This groundbreaking research is part of the VoiLA (Volatiles in the Lesser Antilles) project, in which the team deployed 34 seismometers on the ocean floor beneath the Lesser Antilles.

"This is the first large scale ocean bottom seismic experiment conducted at an Atlantic subduction zone," said Dr. Catherine Rychert, formerly an Associate Professor at the University of Southampton and currently at the Woods Hole Oceanographic Institution. "We were very surprised to find an unexpected and exceptionally thick—approximately 330 kilometers—mantle transition zone beneath the Antilles, which makes it one of the thickest transition zones observed worldwide. Although the Caribbean is well-known for its sunshine and beaches, it now has a new claim to fame in the world of plate tectonics."

“It’s wild to think that in some ways tectonic plates have a ‘memory’ and that affects the way the plates drive mantle convection and mix material back into the Earth,” said Dr. Nick Harmon, formerly an Associate Professor at the University of Southampton and currently at the Woods Hole Oceanographic Institution.

Lead author, Dr. Xusong Yang, a former visiting scholar at the University of Southampton and currently at University of Miami, emphasized, "We cannot overlook the inherited compositional heterogeneity of subducting oceanic slabs. It may greatly influence their ultimate fate in Earth's deep interior.”

Dr. Kate Rychert and Dr. Nick Harmon, formerly of the University of Southampton, Professor Saskia Goes from Imperial College London, and Professor Andreas Reitbrock from Karlsruhe Institute of Technology, led the experiment. The experiment was funded by NERC (Natural Environment Research Council, UK) and the ERC (European Research Council).

原始論文:Xusong Yang, Yujiang Xie, Catherine A. Rychert, Nicholas Harmon, Saskia Goes, Andreas Rietbrock, Lloyd Lynch, Colin G. Macpherson, Jeroen Van Hunen, Jon Davidson, Marjorie Wilson, Robert Allen, Jenny Collier, Jamie J. Wilkinson, Timothy J. Henstock, John-Michael Kendall, Jonathan D. Blundy, Joan Latchman, Richard Robertson. Seismic imaging of a basaltic Lesser Antilles slab from ancient tectonics. Nature, 2025; DOI: 10.1038/s41586-025-08754-0

引用自:Woods Hole Oceanographic Institution. "Sink or Swim: The fate of sinking tectonic plates depends on their ancient tectonic histories."

2020年11月19日 星期四

在中國的地下深處看到前身為太平洋海床碎片的影像

 原文網址:https://www.sciencedaily.com/releases/2020/11/201116075717.htm

研究得到的線索顯示沉入地函深處的板塊會有什麼樣的命運

By Jade Boyd

一篇新研究讓「跌入谷底」有了新的意義。地球表面是由許多塊石板組合而成,它們的底側稱為岩石圈。地震學家在中國東北方發現有塊岩石圈因為板塊隱沒作用的緣故,而被拉到地球內部400多英里(約650公里)深的地方。

上圖簡單顯示了驅動地球板塊運動(黑色箭頭)的熱對流循環(紅色箭頭)。熱流會經由地函最上層的軟流圈往隱沒帶流動。萊斯大學的電腦模型發現軟流圈在局部地方可以牽動上方的板塊,而非許多人認為的只會阻礙板塊的運動。圖片來源:Surachit/Wikimedia Commons

2019年6月11日 星期二

發現地函中的地磁來源


發現地函中的地磁來源
研究人員證實赤鐵礦(一種氧化鐵)在地函深處仍有磁性
包圍地球的巨大磁場可以保護地球不受太空來的帶電粒子與輻射傷害,許多動物還能利用地磁來辨認方位。由於地磁隨時都在變動,使得地質學家需要持續監控地磁。長久以來眾所皆知的地磁來源為深達地球內部6000公里的地核;另外一個來源則是地殼,也就是我們腳下踩的土地。而涵蓋地下35至2900公里的地函,大部分都被認為是「毫無地磁活動」。不過,德國、法國、丹麥、美國組成的國際研究團隊,最近證實了一種氧化鐵――赤鐵礦,即使到了地函的深度依然可以保留磁性。這種現象發生於相對低溫的隱沒板塊內部,在西太平洋之下特別容易發現。
地球內部與實驗裝置的示意圖。藍色虛線代表了包圍地球的磁場。研究人員把可以在地函內部找到的赤鐵礦樣品(一種氧化鐵)放在兩顆鑽石之間(如圖片右方),施予極大的壓力並加熱,藉此模擬地函內部的極端環境。觀察結果顯示在此條件下,赤鐵礦仍然具有磁性。圖片來源:Timofey Fedotenko

2019年2月20日 星期三

1994的波利維亞大地震顯示出我們腳下660公里處有巨大的山脈


1994的波利維亞大地震顯示出我們腳下660公里處有巨大的山脈
Liz Fuller-Wright
大部分的學生都學過地球可以分成三或四層:地殼、地函和地核,有時候會再把地核分成內核和外核。這種分法並沒有錯,但遺漏了科學家在地球內部辨識出來的其他層,包括地函當中的過渡帶。
普林斯頓大學的地震學家Jessica Irving、她之前的研究生Wenbo Wu、以及其他研究人員共同以散射之後的地震波,測定地函中的過渡帶底部與頂部的起伏程度。他們發現位在410公里深的過渡帶頂部大體而言相當平滑;然而,位在660公里深的過渡帶底部,某些地方的起伏程度卻比地表的平均還要高。Wu說:「換句話說,660公里邊界有些地方的地形變化比洛磯山脈或是阿帕拉契山還要崎嶇。」註:本圖並非顯示出真實比例。圖片來源:Kyle McKernan