海底扩张
hǎi dǐ kuò zhāng
海底扩张是岩浆在中洋脊处上升、形成新的大洋地壳,并将较老地壳推向两侧的过程。
Definition
海底扩张是新洋底形成的方式:熔融的岩石沿着大洋中央一条长长的裂缝上升,冷却成新的岩石,并将较老的岩石推向两侧。这一过程发生在构造板块相互分离的中洋脊处;炽热的地幔物质上升填补空隙,发生部分熔融,并以玄武岩的形式喷发,形成新的大洋地壳,随后这些新地壳便像传送带一样向洋脊两侧移动。支持这一理论的证据包括洋脊两侧对称分布的磁条带图案、随着远离洋脊地壳年龄和沉积物厚度不断增加,以及洋脊脊顶处较高的热流值。海底扩张理论由哈里·赫斯于 1962 年提出,并由瓦因和马修斯于 1963 年通过磁异常条带得到证实,它是通过上涌软流圈的减压熔融来生成大洋地壳的,可生成约 $6$ 至 $7\ \text{km}$ 厚的玄武岩和辉长岩。全扩张速率范围从不到每年 $2\ \text{cm}$(慢速扩张,伴有较深的轴部裂谷,如大西洋中脊),到超过每年 $15\ \text{cm}$(快速扩张,具有平缓的轴部高地,如东太平洋海隆)。新形成的地壳会记录下形成时的地磁极性,因此结合地磁反转时标,条带的宽度就能反映出扩张速率,而洋脊的高度则源于热收缩效应,其深度大致随地壳年龄的平方根而增加。
Example
由于大西洋中脊沿线的扩张作用,大西洋每年大约变宽 $2.5$ 厘米,差不多是你大拇指指甲的长度。这条洋脊贯穿整个大西洋,并在冰岛露出海面,在那里你可以站在北美板块和欧亚板块的边界之上,而东太平洋海隆的扩张速度更快,超过每年 $10\ \text{cm}$。全球每年大约形成 $3\ \text{km}^2$ 新的洋底,并由其他地方的俯冲作用相互抵消,全球洋脊系统的总长度超过 $65{,}000\ \text{km}$。洋脊处的热液喷口使海水在炽热的地壳中循环,沉淀出金属硫化物,并支撑着依靠化学合成生存的生态系统。
Key Insight
最年轻的洋底总是位于大洋中央,最古老的洋底则靠近大陆,这与大多数人的直觉恰恰相反。海底扩张正是大陆漂移理论所缺失的机制:大陆之所以移动,是因为它们之间的洋底在不断增长,而不是因为大陆本身推挤穿过了洋底。扩张速率还会影响全球海平面。快速扩张会形成宽阔而隆起的洋脊,将海水排挤到大陆之上,这也是白垩纪海水能够淹没北美大陆内部的原因之一。