地球科学家发现：北美洲正在“滴落” - Cratonic Thinning 现象研究

Jackson School of Geosciences

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北美洲正在“滴落” - 地球科学家发现

2025年4月1日

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该研究的一张图，显示岩石从克拉通滴落。研究人员假设，滴落现象是由克拉通下方俯冲的法拉隆板块的残余物引起的。图片来源：Hua et al., Nature Geoscience.

研究人员发现，北美洲大陆的底部正在“滴落”，形成一个个岩石团块——而一个板块在地球地幔中沉降的残余物可能是造成这种情况的原因。

发表在 Nature Geoscience 上的一篇论文描述了这一现象，该现象是在 The University of Texas at Austin 发现的。 这是首次可能捕捉到“克拉通变薄 (cratonic thinning)”的实际过程。

“我们观察到克拉通下方可能存在一些东西，” 该研究的主要作者 Junlin Hua 说道，他在 UT 的 Jackson School of Geosciences 进行博士后研究期间进行了这项研究。“幸运的是，我们还获得了关于是什么驱动这种变薄的新想法。”

克拉通是非常古老的岩石，是地球大陆的一部分。它们以其稳定性和持续数十亿年的能力而闻名。 但有时，克拉通会发生变化，这些变化会影响其稳定性，或者会移除整个岩层。

例如，华北克拉通 (North China Craton) 在数百万年前失去了其最深的根部岩层。

研究人员表示，克拉通“滴落”现象的发现之所以特别，是因为它现在正在发生。 这使得科学家可以观察克拉通变薄的过程。

“滴落”主要集中在美国中西部地区。 研究人员保证，无需担心大陆被掏空或“滴落”现象在短期内改变地貌。驱动“滴落”的地幔过程会影响板块随着时间的推移如何演变——但它们进展非常缓慢。 此外，随着板块的残余物沉入地幔深处，其对克拉通的影响逐渐减弱，“滴落”现象预计最终会停止。

共同作者 Thorsten Becker 说道，这一发现对于研究大陆整个生命周期的地球科学家来说最为重要，他是 Jackson School 地球与行星科学系和地球物理研究所的教授。

“如果我们想了解一个行星是如何长期演化的，这种事情很重要，”Becker 说道。“它帮助我们了解如何制造大陆，如何破坏大陆，以及如何将它们循环利用（进入地球）。”

“滴落”现象的发现来自一个由 Hua 领导的更大的项目，他现在是中国科学技术大学的教授。该项目使用 Jackson School 荣誉退休教授 Stephen Grand 及其团队开发的方法，为北美洲创建了一个新的全波形地震层析成像模型。 这个计算机模型使用 EarthScope 项目收集的地震数据，揭示了北美洲地壳和地幔下方发生的地质过程的新细节。

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地震波以不同的速度穿过不同的地质特征。 此图显示了美国大陆以及中美洲和加拿大地区 200 公里深度地壳中的地震速度。 与周围环境相比，北美克拉通（黑色虚线勾勒）具有较高的地震速度。 图片来源：Hua et al., Nature Geoscience.

“由于使用了这种全波形方法，我们更好地了解了深地幔和较浅岩石圈之间的重要区域，我们希望从中获得关于岩石圈发生什么事情的线索，”Becker 说道。

这个模型首次以这种方式将“滴落”现象展现出来。 它还有助于研究人员推断出法拉隆板块 (Farallon Plate) 可能是驱动该过程的原因，尽管它与克拉通分离约 600 公里。法拉隆板块是一个大洋板块，在过去约 2 亿年中一直俯冲到北美洲下方。

该板块最初在 20 世纪 90 年代由 Grand 进行地震成像，在塑造北美板块方面发挥了重要作用。 研究人员认为，它现在通过重定向地幔物质的流动来剪切克拉通的底部，并通过释放削弱其底部的挥发性化合物来从下方侵蚀大陆。

Hua 说道，虽然“滴落”现象集中在克拉通的一个区域，但该板块似乎正在与整个克拉通的物质相互作用，该克拉通覆盖了美国和加拿大大部分地区。

“非常广泛的范围正在经历某种变薄，”Hua 说道。

当研究人员构建这些动态的计算机模型时，当法拉隆板块存在时，模型克拉通会“滴落”。 当板块被移除时，“滴落”停止。

Becker 承认计算机模型存在局限性。 但他表示，该模型与数据的相似性是一个好兆头。

“你看一个模型，然后说，‘它是真实的吗？我们是否过度解读了数据，或者它是否告诉我们关于地球的新信息？’”Becker 说道。“但看起来在很多地方，这些团块来了又去，它（向我们）展示了一个真实的东西。”

该研究由 National Science Foundation 和 Jackson School of Geosciences 资助，University of Hawai’i at Mānoa、University of Nevada, Reno 和南方科技大学的同事也参与了这项研究。

更多信息，请联系： Anton Caputo, Jackson School of Geosciences, 210-602-2085; Monica Kortsha, Jackson School of Geosciences, 512-471-2241; Constantino Panagopulos, University of Texas Institute for Geophysics.**

标签：craton, Junlin, Solid Earth Tectonic Processes, Thorsten Becker