研究人员说,印度洋上有一个巨大的“洞”——但它不是那种能把所有的水都吸干的洞。相反,它是一个地质学家用来描述地球引力低于平均水平的地方的术语。一项新的研究可能最终揭示了它的起源:它似乎是由熔岩柱从非洲深处下沉的古代海底遗迹的边缘上升造成的。
在一个理想的宇宙中,地球是一个完美的球体,其表面上每一点的引力都是完全相同的。但实际上,地球在南北两极周围都比真正的球体平坦,而且它在赤道附近凸起。此外,根据地壳、地幔和地核的质量不同,不同的区域会产生不同的引力。
地面传感器和卫星采集的局部重力测量数据可以结合起来,显示出海洋表面的样子,仅仅是这些不同的重力拖曳作用,而不考虑风和潮汐等其他影响。这就产生了一个夸张的地球引力高点和低点的可视化图像,我们称之为全球大地水准面。其中最著名的模型之一被称为“波茨坦重力马铃薯”(得名于它类似的块茎和开发它的德国研究机构的位置)。
印度洋下方的大地水准面明显下降——被称为印度洋大地水准面低(IOGL)——是地球上最显著的重力异常。它占地300多万平方公里,位于印度南端西南约1200公里处。(它的巨大,以及海洋在任何给定点上看起来相对平坦的事实,意味着在表面上看不到这种下降。)这项新研究的资深作者、班加罗尔印度科学研究所(IISc)的地球物理学家Attreyee Ghosh说,由于那里的引力较低,加上周围地区的引力较大,这个洞上方的印度洋海平面比全球平均水平低106米。
该研究的主要作者、印度科学院博士生Debanjan Pal表示,IOGL是1948年由荷兰地球物理学家Felix Andries Vening Meinesz在一次船上重力调查中发现的。此后,其他船载探险和卫星测量都证实了这一点。但科学家不知道它为什么会在那里。
为了回答这个问题,帕尔和高希比较了十几个计算机模型,这些模型是关于该地区在过去1.4亿年间随着地球构造板块的移动而形成的。每种模型对地幔内熔融物质的对流使用了不同的变量。
发表在《地球物理研究快报》上的研究结果表明,IOGL的存在是由于一种独特的地幔结构,加上非洲下方一个被称为大型低剪切速度省(LLSVP)的邻近扰动,该扰动通常被称为“非洲斑点”。Ghosh说:“我们看到的是,来自非洲下方LLSVP的热的、低密度的物质位于印度洋下方,形成了这个大地水准面低点。”
帕尔解释说,主要导致IOGL的非洲斑点可能是由地幔深处的“特提斯板块”形成的。地质学家认为这些板块是特提斯洋海底的古代遗迹,特提斯洋位于2亿多年前的劳亚亚和冈瓦纳超级大陆之间。非洲和印度都是冈瓦纳的一部分,但是现在的印度在大约1.2亿年前向北进入了特提斯洋——在它后面创造了印度洋。帕尔说:“当属于古特提斯海洋的俯冲板块沉入地幔内部并到达核心-地幔边界时,(熔岩)羽流就会出现。”“我们还表明,除了这些羽流之外,周围的地幔结构在产生这种低温度方面也发挥了作用。”
科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)的地球物理学家钟世杰(Shijie Zhong)没有参与这项最新研究,他说,这是一项有趣而谨慎的努力,可以更好地了解IOGL。“我们喜欢谈论正重力异常,比如非洲和太平洋上空的超级羽流,”他说。“但印度洋的大地水准面低处是地球上最严重的重力异常之一。”
帕尔说,大地水准面低点可能在大约2000万年前形成现在的形状,当时地幔柱开始在上地幔内扩散。而且它可能会持续到地幔物质沿着来自非洲斑点的羽流流动的时候——这可能会持续数百万年。但一旦这些流动停止,低潮也会停止。Pal说:“当温度异常导致低大地水准面移出当前位置时,低大地水准面将开始消散。”
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