只有地球才有的大陆漂移,在月亮上也出现了……吗?

只有地球才有的大陆漂移,在月亮上也出现了……吗?
2019年06月05日 14:07 新浪网 作者 科技之美好生活

浩瀚无穷的宇宙中,地球孤独地点燃着生命存在的灯火。为了消弭这份天生的孤独感,我们收听着太空中任何一丝无声的电波,寻找着宇宙中任何一处与地球环境相似的地方。人们期待着,环境适宜的星球终会迎来生命的啼鸣。

于是,一系列要素被摆上了探索者的清单——从宜居带到液态水,从富氧大气到季节气候…… 多少年过去了,我们在宇宙深处找到了一颗又一颗“潜在宜居”的行星,推演出一批又一批“相对吻合”的细节,可至今改变不了这样的事实——地球仍然有两件寰宇之中仅此一家、独一无二的特质

其一自然是生命本身;而其二,则是岩石圈的板块构造。我们每日立足的大地、放眼远眺的山川,都是地球孕育的独特奇迹。它们是板块构造的产物,是地球岩石圈亿万年生生不息的象征。

但科学家近日发现,在地球之外,其它星球也存在着以往认为只有板块活动才能形成的地质构造。这颗奇异的星球不在光年外的深空异域,而就在我们身边。

它是我们的卫星,月亮

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科学家在月球上发现了以往认为只有板块活动才能形成的构造 | Steed

独一无二的活跃家园

板块构造最为人们熟知的一个现象,可能就是大陆漂移了。在这个科技蓬勃发展的年代,大陆漂移已经从当年颠覆性的假说,变成了能够被卫星测距系统直接验证的事实。

但是呢,“大陆漂移”这4个看上去很好理解的字,却隐含着一个不易察觉的错觉——仿佛我们的大陆是漂浮在海水里的方舟,是海水在承托着它到处活动。实际显然不是这样的——大地不可能“漂”在水上。只有把这层容易误导人的水圈从地球表面挪走,板块构造的实质,才能真正拨云见日。

这个实质就是:地球的外壳并不是一个整体。它是破碎的、是割裂的,从地球诞生至今几十亿年,地球的表层完全没有愈合过。在今天,仍旧有大大小小十几片“七巧板”贴在地球的表层,不留一点缝隙地完美覆盖着这个庞大球体的表面。

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地球的岩石圈并非完整一块,

而是由多个独立的板块拼贴而成 | wikipedia

每一块“七巧板”都是能活动的,由于它们严丝合缝地覆盖着地球表面,中间并没有自由空间,当它们想活动时,就会与相邻板块产生力的作用。

地球上近乎所有的地质现象,都是板块间力的作用的表现。正是有了板块边缘的挤压或拉张,地球表面才会出现绵延的山岭、陡峭的裂谷、连串的岛弧和幽深的海沟。而相对稳定的板块内部,由于没有太多力的作用,水流和风才能经年累月地磨蚀着地表的高低起伏,将其抹成一马平川的平原沃野。

这些机理听上去简单,对宇宙中已知的其他星体来说,能办到的却一个都没有。有很多岩质星体拥有大气层,因而可以有风,甚至产生季节的更替(比如土卫六),另一些行星内部甚至也可以很活跃,不断发生火山与地震(比如金星和木卫一)。但无论怎样,除地球以外,人们并没见到哪颗星球的大地碎成一块一块,千万年不停地运移、千万年不停地塑造着地表的模样

而地球能产生这一切的关键,在于它拥有一个能够持续对流的软流圈。

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软流圈对流拖动上覆板块发生移动的示意动图 | learnclick.com

板块构造的驱动力

软流圈是地幔中的一个圈层,它位于板块下部,整体能够以塑性形式流动,像传送带一样驮着它上面的板块一起运移,产生所谓的板块构造。

但这个会对流的地幔,依然不是第一推力。

想要维持对流,得要能量;想要维持亿万年的对流,得要消耗天文数字般的能量。毕竟,星球尺度的庞大传送带,可不是那么容易带动的。它的能量来源,位于地球最深处的地核。

得益于地球诞生早期本身巨大的吸积体量,以及形成不久后与另一个原行星的碰撞融合,今日的地球拥有着太阳系四大岩质行星中最大的体积——以及最大的地核。这个庞大的地核,一方面释放着最初由无数尘埃和原行星的动能转化的内能;一方面,在行星分异过程中沉入星球最深处的大量放射性元素,又使得地核成为一个天然的裂变反应堆,亿万年来不停释放出能量,驱动着软流圈进行不竭的对流。

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地球上的板块运动,能量源于地核深处。

其他岩质星体就不一样了。它们体积小,内部总能量和保温能力也就小。比如火星,它的地幔早已冷却了,导致今天火星几乎没有内动力地质活动。

科学家却在比地球、甚至比火星体积小太多的月亮上,发现了以往只有在板块活动过程中才会形成的地质构造。这个地质构造不是40亿年前月球尚未冷却时的活动遗迹,直到今天它仍在活跃地运动着。

难道月球也具有板块构造,仍有着一颗未冷的内心?

月球版的板块活动?

月球上新确认的地质构造叫做“逆冲推覆构造”,是今天的科学家挖掘阿波罗登月时代的数据后发现的。虽然对数据的解释滞后了近半个世纪,但这份新发现对学界的冲击力可一点不小。今年5月13日,成果发表在权威地球科学期刊《Nature Geoscience》上。

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50年前,阿波罗11号宇航员在月面上安装地震仪 | NASA

“逆冲推覆构造”是地壳中产生的位移量巨大的低角度逆断层。这句话听起来非常拗口,必须要拆开来解释一下。

当地壳内出现断裂面时,除非完全垂直,否则断裂面永远会把地壳分为上下两个部分。处于断裂面上边的那部分叫做的“上盘”,而处于断裂面下部的叫做“下盘”。

如果上盘和下盘之间发生了相对运动,最终产生的地质构造就叫“断层”。所谓逆断层,就是上盘向上移动、下盘向下移动的断层类型。

而所谓“逆冲推覆构造”,则需要在逆断层的前面再加两个定语:其一,断层面的倾斜角度特别低;其二,上下两盘的相对位移量非常巨大。

说穿了,你把一本书放在一个角度非常平缓的斜坡上,使劲搓一下书,把它搓上去,这就是“逆冲推覆”

人们一直认为,这种独特的大型低角度逆断层,是板块构造体系下独有的产物。道理很简单:它是“搓”出来的,就像你搓书一样。地壳中出现这种构造,意味着地壳有强大的力的作用,并且受力方向是水平的。放在地球上,这基本等同于板块构造原理的同义词了。

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可月球有板块吗?并没有。月球的地壳是完整一块,牢牢地糊着月球整个表面。

然而,通过解译阿波罗时代的月球地震资料和地表影响数据,科学家却发现,在月球上一条平直展布的断崖下部,频繁发生着活跃的月震。通过年代学测定,科学家认为,这条断裂带产生的时间不超过5000万年。

由于月球内部活跃期终止在41亿年前,因此,新发现的这条断层,可以说是一条十分年轻的活动构造带了。

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遥感拍摄的月球逆冲推覆断层。局部放大后可以看到,在平直的断面上,“上盘”被推了上来,覆盖了“下盘”已经形成的陨击坑 | NASA

科学家认为,这颗跟板块构造不沾边的星球,在彻底冷却40亿年之后,依然表现出板块活动才有的运动方式,是因为……月亮变小了

月球内部彻底不活跃的后果是,它会越放越凉(毕竟热胀冷缩嘛)。体积收缩,表面积就会跟着减小,地壳内部将会出现挤压力(就像苹果缩水表面会皱一样)。在挤压力的诱发下,月球地壳里就产生了这条逆冲推覆断层。

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月球上逆冲推覆构造及其在地表表现形态的示意图 | NASA官网

而让这条断层持续活动至今仍频繁发生月震的,是它身边那个一直对它拉拉扯扯的地球。

月球围着地球转,它的引力会拉扯地球。离得近就拉扯得狠一些,离得远就稍微放松一些。地球上的海水经常被它拉起来——然后又放下,涨落交替,构成潮汐。而牛顿告诉过我们,力的作用是相互的。既然月亮能让地球潮涨潮落,地球反过来难道不会给月亮一点颜色看看?

同样一份潮汐力,大小是相等的,但地球本身体积巨大,因此潮汐力充其量只能让海水发生潮涨潮落,对岩石圈影响不大。可当这份力反过来施加到月球那小身板上时,月球的岩石圈就没那么好受了。

于是,在地球潮汐力的拉扯下,月球岩石圈也发生了“潮涨潮落”,表现出来的形式就是,沿着它地壳里的断裂带来回振动,形成了至今仍让月震仪频繁监测到的月震。

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地球对月球施加的潮汐力,是月面断层仍然地震频发的原因。图为哈工大龙江二号卫星从月球背后拍摄的地月合影 | BG2BHC

这么说来,想在月球上看到真正的板块构造,怕是基本没谱了。岩石圈还要继续陪生物圈一起孤独下去。

但往未来想想,毕竟我们只看到了宇宙多样性的冰山一隅。近期,洞察号在火星上也发现了地震。无论月球、火星,还是未来的其它星体,每一个星球的大地震动,都如同无声的琴弦,承载着独特的故事。

只待有心人前去聆听。

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