地球热而粘稠的中心及其冰冷坚硬的外壳都是构造板块爬行（有时是灾难性的）运动的原因。但现在新研究揭示了一种耐人寻味的力量平衡，渗出的地幔创造了超级大陆，而地壳将它们撕裂开来。为了得出这个关于板块构造过程的结论，科学家们创建了一个新的地球计算机模型，将地壳和地幔视为一个无缝系统。随着时间推移，这个虚拟行星表面大约60%的构造运动是由相当浅的力量驱动，即在表面的前62英里(100公里)内，地幔的深层搅动对流推动了其余活动。
当大陆被推到一起形成超级大陆时，地幔变得特别重要，而当超级大陆在模型中分裂时，浅层力占主导地位。科学家们在《科学进展》期刊上发表的这个“虚拟地球”是第一个将地壳和地幔“视为”一个相互连接的动态系统计算机模型。在此之前，研究人员会在地幔中制作热驱动对流的模型，这些模型与真实地幔观测结果相当吻合，但并不模拟地壳。而地壳中板块构造的模型，可以预测这些板块如何运动的真实世界观测，但不能很好地与地幔的观测相吻合。
显然，模型将两个系统组合在一起的方式中缺少了一些东西。巴黎PSL大学的Ecole Normal Supérieure研究生院教授尼古拉斯·科尔蒂斯说：对流模型对地幔有好处，但对板块没有好处，板块构造对板块有好处，但对地幔没有好处，整个系统演变背后的故事就是两者之间的反馈。从小学使用的地球内部模型，都显示出一层薄薄的地壳覆盖在热的、可变形的地幔层之上。这个简化模型可能给人的印象是，地壳只是在地幔上冲浪，被下面无法解释的洋流这样那样地移动着。
地壳和地幔
但这并不完全正确，地球科学家早就知道地壳和地幔是同一个系统的一部分，它们逃不掉地联系在一起。这一认识提出了这样一个问题，即究竟是表面的力：例如一块地壳俯冲到另一块地壳之下，还是地幔深处的力：是构成地壳板块运动的主要驱动力？研究发现，答案是这个问题是不适定的，这是因为这两层是如此的交织在一起，它们都做出了贡献。在过去的20年里，科学家们一直致力于建立计算机模型来真实地模拟地壳和地幔之间的相互作用。
在21世纪初，一些科学家开发了地幔热驱动运动(对流)的模型，这些模型自然地产生了一些看起来像是地表板块构造的东西。但这些模型是劳动密集型的，没有得到很多后续工作。现在科尔蒂斯和同事花了八年时间研究了这个新模型，仅仅运行模拟就花了9个月。研究团队必须首先创建一个模拟地球，完成真实参数：从热流到构造板块的大小，再到超级大陆形成和解体通常需要的时间长度，在很多方面，这个模型并不是对地球的完美模拟。
建立地球模型
例如，该程序不会跟踪以前的岩石变形，因此以前变形过的岩石将来在其模型中不会更容易变形，就像真实情况一样。但该模型仍然产生了一个看起来逼真的模拟地球，包括俯冲带、大陆漂移和大洋海脊和海沟。研究发现，除了表明当大陆汇聚在一起时地幔力占主导地位外，被称为地幔柱的热岩浆柱并不是大陆分裂的主要原因。俯冲带是大陆分裂的驱动力，其中一块地壳被压在另一块地壳之下，地幔柱随后发挥作用。
上升羽流可能到达被俯冲带产生的力削弱的地表岩石。然后，悄悄进入这些较弱的地方，使超级大陆更有可能在该位置裂开。研究人员表示：下一步是用观察搭建模型和现实世界的桥梁，在未来，这个模型可以用来探索从主要火山活动事件到板块边界如何形成，再到地幔如何围绕地球自转的一切。
博科园｜文：Stephanie Pappas/Live Science
参考期刊《科学进展》
DOI: 10.1126/sciadv.aax4295
博科园｜科学、科技、科研、科普
关注【博科园】看更多大美宇宙科学
