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地心的热是驱动板块的原因,教科书可能要被重写!

板块构造(plate tectonics)是被广泛接受的理论,地壳被分成几个部分在地幔(mantle)上浮动,板块是介于核心和地壳之间的大部分固体层。

但自从这项理论在1950年代首次被接受以来,它们的移动一直是科学家之间许多争论的主题。

这些称为板块(plate)的部分,每年以大约2到5公分的速率在移动,相当于指甲的生长速度。当彼此用力挤压通过时,称为转形板块边界(transform plate boundary),可以引发地震。

当彼此分离时,称为分离边界(divergent boundary);在那里会喷出岩浆,然后可以形成火山。

有时候,当彼此正面相遇时,一块板块开始向上移动形成山脉,而另一块板块则被推向下而熔化。这是聚合边界(convergent boundary)。

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几十年来科学家一直想知道这些板块是受到地幔影响而被动地移动,还是因为本身主动地移动,拖着地幔一起动。

一项在科学进展(Science Advances)期刊发表的新研究显示,来自于地球核心的一股额外热力在板块动力学(plate dynamics)中发挥作用。

研究小组观察东太平洋隆起(East Pacific Rise),这是沿着太平洋海床伸展的扩张构造板块边界,并且还形成在地表下方地幔流动的模型。

在观察期间他们做出结论,东太平洋隆起的移动无法完全被地壳隐没(subduction)所解释。当一块板块在另一块板块下方移动时,一定有其他力量发挥作用。

这篇论文指出,浮力是由来自于地球核心深处的热上升所形成的。

估计有50%的板块运动是由这个热所造成的,大约20兆瓦(terawatt)的热流在地球核心和地幔之间。

这只是稍微多于人类在地球上的年平均总消耗功率。

研究人员之一、芝加哥大学的地球物理科学专家大卫?罗利(David B. Rowley)在一份声明中说:“我们在太平洋半球看到热板块动力学(heat-to-plate dynamics)对重大的深层地幔作用的强烈支持。”

“来自地幔底部的热,对于地幔中的热流强度以及因而产生的板块构造,有相当重要的贡献。”

当在地幔上的壳被加热时,会降低物质的密度,造成它能够浮起,导致它透过地幔隆起。

板块也在表面冷却,产生所谓的负浮力(negative buoyancy),这是描述物体下沉的另一种方式。 这两种力使得板块四处移动。

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换句话说,热的部分隆起而冷的部分下沉,在板块依靠的地幔产生一种搅拌运动(churning movement)。

罗利说:“根据我们的地幔对流模型,地幔可能消除了来自地球核心的总对流热预估量的一半。”

“我们研究的言外之意是,教科书将需要被重写。”

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