俯冲

地球科学

fǔ chōng

俯冲是在汇聚边界处,密度较大的大洋板块沉入另一板块之下、进入地幔的过程。

Visualization

Definition

俯冲是指一个板块滑入另一个板块之下,并沉入炽热地幔的过程,而下沉的板块总是较重的那一个,通常是大洋地壳。这一过程发生在汇聚边界处,当密度较大的大洋岩石圈下沉到密度较小的板块之下时便会出现;下沉的板块在深海海沟处发生弯曲,随着温度升高,它会释放出水分,使上方的地幔发生熔融,从而形成一条与海沟平行的火山链。俯冲带产生了地球上最深的地震和最大的海啸。这一过程由古老、寒冷的大洋岩石圈的负浮力驱动,这类岩石圈在约 $30$ 百万年之后密度会超过其下方的软流圈,而由此下沉产生的板片拉力,正是驱动板块运动的主导力量。板片以每年几厘米的速度下沉,倾角从近乎水平到近乎垂直不等,其脱水反应(约 $100\ \text{km}$ 深处蛇纹石和角闪石的分解)为地幔楔提供熔融所需的流体,从而在火山前锋处生成岛弧岩浆。板片可能会在 $660\ \text{km}$ 不连续面处滞留,也可能一直穿透到核幔边界,而俯冲作用正是水、碳和沉积物重新返回地幔的主要途径。

Example

在华盛顿州和俄勒冈州近海,一片大洋洋底正俯冲滑入北美大陆之下,这正是圣海伦斯火山和雷尼尔火山存在的原因。近 $11\ \text{km}$ 深的马里亚纳海沟,标志着太平洋板块俯冲到菲律宾海板块之下的位置,卡斯凯迪亚俯冲带为喀斯喀特山脉的火山提供物质来源,秘鲁-智利海沟则为安第斯山脉提供物质来源。美国东部之下的地震层析成像,揭示出超过 $100$ 百万年前俯冲到北美西部之下的法拉隆板片,如今仍在下地幔中不断下沉。秘鲁之下的平板俯冲抑制了火山活动,却将变形作用向内陆深处传递。

Key Insight

正因为俯冲作用的存在,洋底从来不会非常古老,它会在约 $200$ 百万年内被重新循环回地幔。大陆地壳并不会发生俯冲,因为它的浮力太大,就像一个怎么也压不沉的软木塞,这也是为什么大陆能有数十亿年历史,而洋底却没有的原因。俯冲带是地球上最大的灾害源。有记录以来所有震级超过 $9$ 的地震都发生在俯冲带的巨型逆冲断层上,2004 年的苏门答腊海啸和 2011 年的东日本海啸都是俯冲带引发的事件。