致使海平面下降百余米印度洋中的重力洞

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记者张佳欣我们生活在一个密度大致均匀的球体上，但你是否以为地球表面的重力在各处都一样？事实上，更精确的计算表明，不同地点的地球重力存在微小但可测量的差异，而这也导致了海平面的高低起伏。在印度洋中部，有一个巨大的“重力洞”，这里的海平面比全球平均水平低了余米，几十年来，它的形成之谜一直困扰着科学家。这个覆盖超过万平方公里的重力异常区域实际上并不是一个物理意义上的洞，而是指地球重力低于平均水平的海洋区域。研究这个“洞”的科学家们长期以来一直认为，是海面下的某些物质导致了这种奇怪的现象。但一项发表在《地球物理研究快报》上的新研究论文表明，研究人员应该“风物长宜放眼量”，将研究重点放在“洞”周围的板块运动上，而非其下方。研究发现，从古代海床的残余物中升起的熔岩羽流可能是形成“重力洞”的主要原因。引力场变化与地球质量分布有关为什么地球表面存在重力大小不一致的现象？这项新研究的资深作者、印度科学研究所地球物理学家阿特雷伊·戈什在接受科技日报记者采访时表示，想了解地球各处重力的差异，首先要从地球的形状谈起。“地球看起来是圆的，但实则偏向椭圆，就像一个马铃薯，赤道周围凸起，两极平坦。其表面重力的总体特征是，一般地球的重力常数是9.8米/平方秒，而赤道处最小，约为9.78米/平方秒；两极最大，约为9.83米/平方秒。”戈什解释道。但是，由于重力与质量成正比，因此地球引力场的变化又与其内部质量的分布有关。想象一下，地球表面被平静的海洋覆盖，地球引力场的变化将使这个理想化的海洋上产生隆起和凹陷，二者分别对应着较大和较小的质量区域。这使地球表面看起来就像面团一样疙疙瘩瘩。由此形成的略有起伏的不规则曲面被称作大地水准面。此外，戈什还告诉记者，地壳、地幔和地核质量与密度的不均是导致重力存在差异的次要原因。用计算机模型追踪“重力洞”起源戈什介绍道，印度洋下大地水准面的明显倾斜，被称为“印度洋大地水准面低点(IOGL)”。重力异常是指某个特定区域的重力低于地球平均重力。它就像引力场中的一个“洞”，影响着该地区的海平面。IOGL就是地球上最显著的重力异常区域之一，覆盖了印度洋的广阔区域。这项研究的主要作者、印度科学研究所博士生德班詹·帕尔称，IOGL是年荷兰地球物理学家费宁·梅内斯在船上进行重力测量时发现的。自那以后，其他船上的探险队和卫星的测量都证实了IOGL的存在。但科学家们不知道它为什么会在那里。在这项研究中，戈什和帕尔利用地面传感器和卫星进行了局部重力测量，比较了19种计算机模拟场景，通过重建过去1.4亿年的板块构造运动来追踪“重力洞”的起源。研究发现，IOGL是印度洋下方地幔质量缺乏的结果。具体而言，“低密度异常”即IOGL下的上地幔到中地幔中存在较轻的元素，是造成该地区低重力的原因。那么，该地区为何有如此独特的地质构造？戈什告诉记者，非洲下方地幔深处存在一个通常被称为“非洲斑点”的大型低剪切波速省(LLSVP)，它很可能是由地幔深处的“特提斯板块”运动形成的。2亿多年前，古特提斯洋位于劳亚大陆和冈瓦纳超级大陆之间，但在大约1.2亿年前，随着冈瓦纳大陆和劳亚大陆的距离越来越近，古特提斯洋开始闭合，最终消失了，形成了现在的印度洋和大西洋。古特提斯洋的俯冲板块沉入地球内部，形成了一些温度异常区域，影响了地幔对流和地壳运动。其中一个异常区域就位于非洲下方，这就是“非洲斑点”。帕尔表示，当属于古特提斯洋的俯冲板块下沉到地幔内部并到达核—幔边界时，造成了地幔中熔岩的强大向下运动。为了平衡这种向下运动，热而轻的地幔流开始从印度洋下面上升，形成所谓的“熔岩羽流”。这些羽流可能是IOGL形成的原因。这种熔岩羽流的上涌始于大约万年前。当羽流在岩石圈下面移动并接近印度半岛时，重力异常变得更加强烈和明显。这些研究还表明，除了这些羽流外，周围的地幔结构也导致了“低密度异常”的形成。“重力洞”成因仍众说纷纭美国海洋网报道称，当地球核心的引力削弱地幔，使其更具浮力，更容易移动时，就会出现核心拉动削弱效应。这种效应被认为是构造板块运动和海洋地壳形成的原因。因此，“重力洞”的发现表明，在地幔中部深度可能存在着地核拉动削弱效应，也就是说，这一地区的地幔可能比以前人们认为的更具有浮力且更容易移动。这可能有助于我们理解板块构造和海洋地壳的形成。尽管“重力洞”覆盖范围广阔，且该区域海平面低于平均水平，但戈什表示，“重力洞”的存在并不会造成什么影响。“如果你乘船进到这个区域，你会发现海面逐渐向下倾斜，但在经过之后，你的船又再次随着海面上升，回归到了一般水平的高度。”戈什说。几十年来，印度洋的“重力洞”令无数科学家着迷。虽然对其确切成因尚未达成共识，但科学家们已经提出了几种理论来解释这种现象。美国海洋网报道称，一种理论认为，“重力洞”是“板块墓地”的残余物。大约0万年前，古老海洋寒冷而致密的残余物沉入非洲地下的“板块墓地”，并随着时间的推移不断堆积，形成了一个低密度岩浆区域，导致地壳凹陷。随着时间的推移，凹陷变得更深、更明显，最终形成了我们今天看到的“重力洞”。另一种理论认为，“重力洞”的形成是因为地球开了“热点(hotspot)”，其中一股炽热的熔岩从地幔中升起，并将地壳熔穿。随着岩浆冷却和凝固，它会形成一个低密度岩石区域，导致地壳凹陷。还有一些科学家认为，“重力洞”是这两个过程结合的产物。他们认为，一个“热点”首先形成了地壳凹陷，然后又充满了冰冷、致密的洋壳残余物。尽管此次戈什与帕尔基于计算机模型调查出了“重力洞”的一种成因，但戈什强调，可能还有其他支持证据来解释IOGL的成因，因此还需要做进一步的研究。至于“重力洞”的未来变化，也要看地球内部会发生什么，目前还暂时无法预测。无论如何，“重力洞”提醒着人们，我们还远远没有理解我们生活的这个星球存在的所有奥秘。来源：科技日报