地壳在滴落？研究发现地下异常现象导致土耳其科尼亚盆地下沉

地球科学家们在一个有机玻璃罐内建造了实验室模型，以模拟岩石圈滴落的过程，并在该装置的上方和旁边安装了摄像头，以捕捉任何变化。 图片来源：Julia Andersen/多伦多大学。

该研究最近发表在Nature Communications上，揭示了该地区的下沉是由于多级岩石圈滴落造成的--这种现象因构成地壳和上地幔的岩石物质的不稳定性而得名。 随着地表下致密的岩石碎片脱离并沉入流动性更强的地幔层，地表就会形成盆地和地壳山地褶皱等主要地貌。

"通过卫星数据，我们在科尼亚盆地观察到一个圆形特征，地壳正在下沉或盆地正在加深，"该研究的第一作者、多伦多大学文理学院地球科学系博士生朱莉娅-安德森（Julia Andersen）说。"这促使我们查看地表下的其他地球物理数据，我们在那里看到了上地幔的地震异常和增厚的地壳，这告诉我们那里有高密度物质，并表明可能存在地幔岩石圈滴落"。

安纳托利亚中部多阶段岩石圈滴落过程的艺术印象。 通过安纳托利亚中部下方的一次滴落，最初的岩石圈被移走，导致自 1000 万年前到 800 万年前的高原隆升（a），随后是二次滴落的发展（b）以及相关的科尼亚盆地的形成。 时间轴（c）描绘了从 2500 万年前至今安纳托利亚中部岩石圈降水和地形演变的过程。 资料来源：Nevena Niagolova

这些结果与研究人员对南美洲安第斯山脉阿里扎罗盆地的形成进行的类似调查相呼应，表明这种现象可能发生在地球上的任何地方，并解释了通常在山地高原地区发现的构造过程。

过去的研究表明，由于这种岩石圈滴落现象，中安纳托利亚高原在过去的1000万年里上升了多达一公里。

"随着岩石圈在该地区下方增厚和滴落，它在地表形成了一个盆地，后来当下面的重量断裂并沉入地幔深处时，这个盆地又冒了出来，"地球科学系教授、该研究的合著者拉塞尔-派斯克利韦克（Russell Pysklywec）说。"我们现在看到，这一过程并非一次性的构造事件，最初的滴水似乎催生了该地区其他地方随后发生的子事件，导致科尼亚盆地在持续上升的图尔基耶高原上奇特地迅速下沉。"

新的发现表明，通过原生和次生岩石圈剥离的演变，高原隆升和盆地形成事件之间存在联系。"从根本上说，在高原持续隆起的同时，也发生了沉降"。

两种岩石圈滴流的艺术印象。 一种类型会导致地壳增厚和隆起，而另一种类型则会在地表形成盆地，但不会产生水平变形。 资料来源：Julia Andersen/多伦多大学

安德森和研究报告的合著者（包括伊斯坦布尔技术大学和土耳其恰纳卡莱昂赛基兹玛尔特大学的同事）在实验室实验中重现了滴水过程，并对观察结果进行了分析，最终得出了研究结论。

他们在一个有机玻璃罐中注入聚二甲基硅氧烷（PDMS）--一种硅聚合物流体，厚度约为糖浆的 1000 倍--作为地球的流体下地幔，再加入聚二甲基硅氧烷和模型粘土的混合物，复制地幔的最上层固体部分，最后在上面铺上一层由陶瓷和二氧化硅球组成的沙状层，作为地球的地壳。

研究人员将一粒高密度种子插入 PDMS 和模型粘土层，启动模型，随后在重力作用下向下滴水。 研究人员在水箱上方和旁边安装了一组摄像头，以记录水箱随时间发生的任何变化，大约每分钟捕捉一张高分辨率图像。

"在 10 小时内，我们观察到了滴水的初始阶段，我们称之为初级滴水。 在一次滴水接触到盒子底部后，我们看到第二次滴水在 50 小时后开始沉入底部，"安德森说。"一次滴水和二次滴水都没有在我们的人造地壳中造成任何水平变形，我们预计这种变形通常与地幔岩石圈滴水有关"。

研究人员已经知道初级滴流导致了实验地表地形的变化，他们想知道次级滴流是否会对地表产生影响，因为次级滴流比初级滴流更小。安德森说："我们注意到，随着时间的推移，尽管地表的地壳没有发生水平运动，但次级滴水确实将地壳向下拉动，并开始形成一个盆地。"安德森说："研究结果表明，这些重大构造事件是相互关联的，岩石圈的一次滴落可能会引发行星内部深处的一系列活动。"

多伦多大学的研究揭示，图尔基耶孔亚盆地的持续重塑是由岩石圈滴落驱动的，岩石碎片在此下沉并影响地表地形。 这种构造活动表明全世界都有类似的过程，对了解地球以外的行星地质学具有重要意义。

编译自/SciTechDaily