香港讯 日前,香港中文大学地球系统科学课程的杨宏峰教授及其团队,通过研究地球最深处——“挑战者深渊”附近的速度结构和地震分布特征,首次探测到在马里亚纳南部被俯冲板块带入地球内部的水量。由于俯冲板块是水进入地球内部的主要通道,因此估算进入俯冲带的水量对研究全球水和物质循环至关重要。该研究已于《地球物理研究通讯》上发表。
近年,“挑战者深渊”吸引了无数科学家和探险者的密切关注,然而,其水深达10.9公里,极少有设备可以突破极端压力,作近距离观测。因此,位于马里亚纳海沟的“挑战者深渊”仍然极为神秘。
据悉,马里亚纳海沟是太平洋板块向菲律宾海板块下方俯冲而形成,呈镰刀状,具有许多特殊的构造特点,如古老而陡峭的俯冲板片、没有大地震,以及分布甚广的泥火山。
为揭开深海的奥秘,杨教授与国际团队合作,对马里亚纳南段俯冲带进行了一系列多学科实验,包括物理海洋学、沉积物采样、重磁测量、主动源和被动源海底地震仪(OBS)实验。当中OBS可以测量海底震动,并用来探测地下结构。团队于 2016 年底放置数十台国产 OBS在海底,并在半年后成功回收,成为世界上首次成功在“挑战者深渊”附近进行的OBS实验。
杨教授课题组博士后研究员、文章第一作者朱高华博士,利用被动源OBS数据提取地震和环境噪声的信号,对马里亚纳南部的地下结构进行了地震成像。获得的地震速度模型显示俯冲板片有明显的低速异常,可延深至地幔约25公里处,数据显示马里亚纳南部俯冲板片携带有大量的水进入地球内部。在特定的温度和压力下,海水与岩石相互作用形成含水矿物(岩石水化),水因而被锁入岩石中,随着俯冲板块进入地球内部,俯冲板块外缘的拉张断层为水进入地球内部提供了重要途径。由于海平面一直保持相对稳定,进入地球的水通常伴随火山爆发回到大气层和海洋。在马里亚纳中部有一系列火山,因此部分水会由此返回。然而,马里亚纳南部却没有成熟的火山,说明俯冲板块携带的水会被带到地球的更深处,从而影响地底深处的物质成分和物质循环。
此项研究的合作机构包括中国科学院南海海洋研究所、中国科学院地质与地球物理研究所及圣路易斯华盛顿大学,并获香港研究资助局的资助。除了马里亚纳,杨教授还研究了莫克兰、卡斯卡迪亚和中美洲俯冲带。2018 年,他参加了首次中国—巴基斯坦莫克兰海沟的科学考察航次,进行大地震和海啸的相关研究。
(《中国基建报》记者 王焕 香港报道)