二、地球運行的方式4(板塊邊界) – News TA17
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類似的深海海溝定義瞭太平洋板塊的大部分邊界,並且沿著其他幾個板塊的邊緣部分出現,盡管沒有一個板塊像馬裡亞納海溝那樣深。
火山弧,即在地圖上的弧形的火山鏈,位於 ...
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4.板塊邊界的地質特征
地質學傢將板塊邊界分為三種類型。
離散型板塊邊界、匯聚型板塊邊界和轉換型板塊邊界。
板塊邊界類型
4.1離散型板塊邊界
1872年,挑戰者號從英國啟航,開始瞭世界上第一次考察航行。
當時大部分海底深度是未知的。
船員探測結果表明,在大西洋盆地中心有一條從北到南的海底山脈。
它在深海平原上方約2公裡處隆起,後來被稱為大西洋中脊。
洋中脊由格陵蘭島延伸至南美,沿著它的長度,由不同的段組成,它們的末端止於一個斷裂帶。
此外,由於裂縫段之間並不排列在一起,因此一個裂縫段的末端可能會沿裂縫帶偏移幾公裡到幾百公裡。
南大西洋中大西洋脊的水深圖,藍色的淺色調是淺水的深度,紅線是山脊的軸線
橫跨大西洋中脊,從大陸到大陸的水深剖面
洋中脊的分節錯開
洋中脊的分節錯開
在板塊構造理論出現之前,沒有人知道為什麼大洋中脊會存在。
板塊構造理論解釋瞭它們的地質起源。
洋中脊描繪瞭一個離散的邊界。
在這種類型的板塊邊界,兩個大洋板塊分開。
在此過程中,沒有開放空間在不同板塊之間發展。
相反,當板塊分離時,它們之間會形成新的海洋巖石圈。
在海底擴張的過程中,海底變寬,兩邊的大陸分開,新的海洋地殼在脊軸上形成
在海底擴張的過程中,熱軟流圈在山脊下上升並融化,產生巖漿,積聚在脊軸下方的巖漿房中,巖漿房可以被描繪成一個充滿大量晶體和熱熔物的空間。
其中一些在巖漿房的四周凝固成輝長巖,而另一些沿著垂直的裂縫上升到更高的地方,凝固成玄武巖。
有些則一直到達海底表面,並沿著脊軸的裂縫滲出。
當熔巖與冰冷的海水接觸時,冷卻下來,形成枕狀玄武巖。
從輝長巖底部到枕狀玄武巖頂部,在脊軸處形成的整個火成巖層代表瞭新的海洋地殼。
換句話說,海洋地殼就像一個巨大的、不斷移動的傳送帶,在洋中脊處形成,然後遠離。
當擴張發生時,施加在新形成的固體地殼上的拉伸力,或張力,會破壞新形成的地殼,導致沿脊軸形成斷層。
在這些斷層上的滑動會引起離散邊界的地震。
洋中脊熔巖上升並凝結為輝長巖和玄武巖
在脊軸上,巖石圈由新地殼組成。
地殼和下面的地幔隨著年齡的增長逐漸冷卻。
地幔熱量的損失導致瞭較冷的剛性邊界(1280℃)變深,這個邊界定義瞭巖石圈的范圍。
由於巖石冷卻時密度更大,隨著年齡的增長,巖石圈的密度也會增大,向軟流圈更深的地方移動。
隨著海底年齡的增加,巖石圈地幔變厚,海底表面變深
海底鉆孔證實,隨著距離洋中脊的距離增加,沉積物越來越厚,底部(最低)沉積層變得越來越古老。
這一觀測結果可以作為海底擴張的證據。
隨著遠離洋中脊,海底變得越來越老
4.2匯聚型板塊邊界
在“發現”號史詩般的航行中,挑戰者號在西太平洋發現瞭一個海洋深度超過8公裡的地方。
76年後,挑戰者二號重新調查該地區,發現瞭“馬裡亞納海溝”,其最深點近乎11公裡!類似的深海海溝定義瞭太平洋板塊的大部分邊界,並且沿著其他幾個板塊的邊緣部分出現,盡管沒有一個板塊像馬裡亞納海溝那樣深。
火山弧,即在地圖上的弧形的火山鏈,位於溝槽的一側,在溝槽和火山弧下,大地震以令人不安的頻率發生。
太平洋西部的水深地圖顯示出馬裡亞納海溝的蹤跡
海溝標志著下行大洋板塊的巖石圈俯沖到上沖板塊下軟流圈的位置,海溝兩邊的板塊相對運動,地質學傢將與海溝有關的板塊邊界稱為匯聚型板塊邊界,該邊界也可稱為俯沖帶。
俯沖發生的原因很簡單:巖石圈地幔的密度比下面的軟流圈要大,一旦進入軟流圈,它就像錨一樣開始下沉。
然而,軟流層隻能非常緩慢地流動,因此俯沖的速度不能超過15厘米/年。
太平洋板塊俯沖到日本下面的海溝,下沉的板塊類似於系在繩子上錨的下沉
所有的海底最終都會經歷俯沖,所以地球上最古老的海底隻有大約2億年的歷史,比地球的年齡小得多。
當俯沖發生時,海床沉積物以及從附近陸地沖進海溝的沙子和泥漿,被刮起並沿著上沖板塊的邊緣合並成一個楔形的塊體,稱為增生棱柱。
實際上,一個增生棱柱就像在推土機前堆積的一堆沙子。
當板塊下沉到地表以下約150公裡的深度時,在板塊的上方形成火山弧。
在任何給定的時間,整個弧形下方都會發生俯沖,所以弧形中的所有火山都是活火山。
增生棱柱與火山弧:當大洋板塊俯沖向大陸時,沿著大陸的邊緣發育大陸弧——南美洲海岸的安第斯山脈和俄勒岡州和華盛頓州的瀑佈弧就是例子。
當大洋板塊俯沖向大洋板塊時,火山在上沖板塊的海底聚集,形成一系列火山島弧——馬裡亞納弧和阿留申弧就是例子。
在一些地方,由於邊緣海小盆地的存在,火山弧發育在與大陸地殼分開的陸殼上,比如日本弧。
大陸弧和島弧:在匯聚型板塊邊界,下行板塊和上沖板塊底部之間的邊界包含許多斷層,在這些斷層上的滑動就會產生地震。
地質學傢在板塊下沉660公裡處探測到地震。
下地幔可能是俯沖板塊的“墓地”。
俯沖的巖石圈下沉到地幔中,就像密度較大的流體下沉到密度較小的流體中,俯沖板塊在穿過地幔層時,最終可能分裂成碎片
4.3剪切型板塊邊界
我們之前註意到,洋中脊被分段,各段由斷裂帶連接。
滑移隻發生在位於兩個脊段末端之間的斷裂帶的部分。
在加拿大地質學傢Wilson開始在海底擴張的背景下考慮斷裂帶之前,斷裂滑移的分佈一直是個謎。
想象一張地圖,上面顯示瞭兩個南北向的洋中脊段,並由一個東西向的斷裂帶連接。
相對於脊軸,A板塊向東移動,B板塊向西移動。
北部洋脊段在x與斷裂帶相交,南部在y。
沿著x-y斷裂帶之間的方向,板塊A相對於板塊B向左運動,這部分是一個地震活躍的斷層。
x-y破碎帶的這一段是一個板塊邊界。
而在x點以東和y點以西,海底的南北區域移動方向和速度相同,可視作同一板塊。
大洋轉換斷層
Wilson兩個脊段之間的斷裂帶相對滑移叫做轉換斷層(transform),並強調轉換斷層是第三種板塊邊界。
一個板塊相對於另一個板塊滑動,但是沒有新的板塊形成,也沒有舊的板塊消失。
因此,轉換邊界是垂直斷層,滑動方向與地球表面平行。
Wilson和其他人很快意識到,並不是所有的轉換都連接脊段,也不是所有的都位於水下。
例如,阿爾卑斯斷層橫切新西蘭,連接兩個海溝。
加利福尼亞的聖安德烈亞斯斷層是北美板塊和太平洋板塊之間的轉換邊界,並將一個山脊部分連接到一條海溝。
位於斷層西部的加利福尼亞板塊的一部分與太平洋板塊一起移動,而斷層東部的加利福尼亞板塊則與北美板塊一起移動。
今天在我們的星球上可見的板塊和板塊邊界的構造在地質歷史上並不存在,而且在未來也不會保持不變。
由於板塊運動,新的海洋板塊形成,後來又被俯沖所吞噬,大陸合並,然後分離。
接下來,我們首先介紹當兩個大陸碰撞時,匯聚型邊界是如何停止存在的,之後介紹大陸是如何分裂的,這個過程可能會產生一個新的分裂邊界。
SanAndreas斷層,北美板塊和太平洋板塊的轉換邊界
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