海底扩张是什么?关于海底扩张的详细介绍

创闻科学2020-11-17 12:29:04

在区域伸展作用下,大陆岩石圈发生裂陷形成大陆裂谷, 地幔热物质上升并对裂谷轴部产生热底辟作用, 大陆裂谷拉张伸展成为陆间裂谷,然后继续加宽形成海洋, 海底中的这种裂谷及其隆起区(即大洋中脊)在地幔对流作用下继续向两侧扩展, 深部软流圈高温熔融岩浆不断地沿着大洋中脊裂谷涌出并冷却固化形成新的洋壳, 并将先前形成于洋中脊两侧的岩石圈推离大洋中脊,从而推动洋盆不断地扩张, 故称为海底扩张。

研究历史

阿尔弗雷德·魏格纳(Alfred Wegener)在1912年首次提出大陆漂移的假说,他认为“脆弱的陆地之舟,航行在坚硬的海床上”。但魏格纳的理论并没有受到重视,特别是在美国。在1960年代,普林斯顿大学的哈里·赫斯(Harry Hess)通过观察海底的地磁条带“异常”,注意到了过去的地磁逆转记录,研究发现,大洋中脊一侧的地磁条带是另一侧地磁条带的镜像。由此,科学家推测,海底一定起源于地球的巨大火线,例如大西洋中脊和东太平洋海隆。从那时起,板块构造理论已经表明,各大洲的运动与海底扩张有关。

扩张中心

海底扩张发生在海底扩张中心,沿洋中脊分布。扩张中心会被转换断层所错断。扩张中心包括几公里至几十公里宽的地震活跃带、洋壳增生带和板块边界。洋壳增生带为1-2 km宽的新火山区,存在岩浆活动。板块边界位于洋壳增生带,划分两个离散板块。

早期扩张

在一般情况下,海底扩张始于大陆陆地上的裂谷,类似于今天的红海—东非裂谷系统。 这个过程起始于对陆壳底部加热,这使可塑性增强和密度降低。该过程中,受到加热的区域会发生隆升,地壳变形过程中会形成裂隙并逐渐发展成裂谷。典型的裂谷系统由三个约120度角的裂谷臂组成。这些区域被称为三联点,在全球广泛分布。随着进一步扩张,离散边缘逐渐发展成被动边缘。赫斯的理论是,洋中脊岩浆上涌会形成新的海底。

如果扩张持续至上述初始阶段结束,并且三条裂谷中有两条仍处于活动状态,则陆壳会发生衰减或受到拉张,此时,在分离的陆壳碎片之间开始形成玄武质洋壳。当裂谷与现代海洋联通,海水会进入裂谷,形成新的海洋。红海即为海底扩张早期所形成的现代海洋。东非裂谷被认为是三联点联结的三条裂谷中“失灵”的一臂,其打开速度慢于另外两条裂谷。在2005年9月,埃塞俄比亚的阿法尔地球物理岩石圈实验报道指出,在阿法尔地区,2005年9月,一条长60 km,宽8 m的裂缝被打开。在与现代海洋联通的初期阶段,新形成的海洋对气候和全球海平面的变化较为敏感,因而在裂谷演化趋于稳定之前,新海将蒸发(部分或全部)数次。

在上述过程中,海底扩张作用可能会停止,但如果持续作用至大陆完全被割断的地步,一个新的海盆将会形成。 红海尚未将阿拉伯与非洲完全割裂,但是在另一端已处于完全开放状态。

晚期扩张和板块俯冲

新生洋壳从洋中脊形成并向两翼迁移,该过程中,新生洋壳会缓慢冷却。因此,老的洋壳温度低于年轻洋壳因此,并且由于地壳均衡,老的洋壳形成的海盆深度比新的海底更深。假设新产生的洋壳对地球的直径不会产生改变,则必须存在一种机制,来对古老洋壳进行破坏。洋壳的破坏作用发生在俯冲带,以太平洋洋壳的俯冲作用最为典型。太平洋洋壳正沿其周边的多板块边界发生俯冲作用,并导致了环太平洋火山活动。东太平洋海隆是全球最活跃的大洋中脊之一,属于快速扩张洋中脊,其扩张速度高达13 cm/yr。大西洋中脊处于扩张状态,大西洋产生的洋壳只有一小部分被俯冲,大西洋中脊则处于慢速扩张。扩张速率对海底地形具有直接的影响,慢速和中速扩张中心在海底地形上表现为中央裂谷,而快速扩张中心则呈现为海隆。此外,不同扩张速率下产生的玄武岩地球化学特征具有明显差异。