地球构造板块运动背后的基本过程的新模型

诸平

Fig. 1 Pacific Ring of Fire. Credit: Gringer (talk) 23:52, 10 February 2009 (UTC), Public domain, via Wikimedia Commons

Fig. 2 Formation of the Vanuatu subduction zone. Credit: Communications Earth & Environment (2022). DOI: 10.1038/s43247-022-00380-2

据葡萄牙里斯本大学（University of Lisbon）2022年3月11日提供的消息，该大学的研究人员与德国约翰内斯·古腾堡大学（Johannes Gutenberg University）的研究人员合作，首次开发了一种先进的数值模型，用来描述地球构造板块运动背后的一个主要过程（New model of a fundamental process behind the movement of Earth's tectonic plates）。相关研究结果于2022年3月10日已经在《通讯-地球与环境》（Communications Earth & Environment）杂志网站发表——Jaime Almeida, Nicolas Riel, Filipe M. Rosas, João C. Duarte, Boris Kaus. Self-replicating subduction zone initiation by polarity reversal. Communications Earth & Environment, 2022, Volume 3, Article number: 55. DOI: 10.1038/s43247-022-00380-2. Published: 10 March 2022. https://doi.org/10.1038/s43247-022-00380-2

构成地球表面的构造板块（tectonic plates）就像拼图一样，它们在不断地、缓慢地运动（slow motion），平均每年只移动10 cm左右。但这些拼图碎片并没有完全拼在一起:一个板块上的一些区域最终会落入另一个板块之下，这就是所谓的俯冲带(subduction zones)，是地球动力学的中心。这种运动是缓慢的，但它片刻可以导致巨大的能量释放，经过数千年，在这些地区形成了巨大的山脉或海沟。

这些俯冲带是如何起源的，它们又是如何随着时间的推移而演化的?地质学家已经知道，在这些带中，在数千年的时间范围内，这个过程可以停滞和逆转，产生新的俯冲带。但仍然有必要了解这是如何发生的，并在模型中包括这一过程中涉及的各种(和巨大的)力量。这是第一次有可能在三维空间中模拟一个最常见的新俯冲带的形成过程，确保所有的力都是动态和真实地模拟出来的，包括地球自身的重力。

“俯冲带是地球的主要特征之一，也是板块构造和地球全球动力学的主要驱动力。俯冲带也是发生巨大地震的地方，就像太平洋火山带，世界上最大的俯冲带系统。因此，了解新的俯冲带是如何开始的以及这个过程是如何发生的非常重要，”本研究的第一作者、里斯本大学理学院Dom Luiz研究所（Instituto Dom Luiz, at Faculty of Sciences of the University of Lisbon）研究员杰米·阿尔梅达（Jaime Almeida）解释道。

在德国约翰内斯·古腾堡大学(Johannes Gutenberg University)的一台超级计算机上，每一个导致这些结果的模拟都花了一周时间来处理。但如果不是这所大学最近开发的计算代码，它可能需要在这台超级计算机上运行数周甚至数月才能完成，它比其他可用的代码要高效得多。

“理论上已经有人提出，新的俯冲带更有可能是由现有的俯冲带形成的，但这种模式从未被实施过。在某种程度上，这似乎比预期的更容易、更有可能”，Dom Luiz研究所的研究员、该研究的合著者约翰·杜阿尔特（João Duarte）解释道。

这个模型开辟了一系列新的视角，代表了研究地球特定区域的起点:“我们现在将这些模型应用到具体的案例中，比如大西洋（Atlantic Ocean）、加勒比海（Caribbean）、南极洲（Antarctica）旁边的斯科舍阿克(the Scotia Arc, next to Antarctica)和葡萄牙西南边缘的俯冲带，这些俯冲带可能导致大西洋的关闭。1755年的里斯本地震可能是地球边缘开始俯冲的前兆，有海洋地质数据支持这一点。”约翰·杜阿尔特总结道。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Unearthing the cause of slow seismic waves in subduction zones

Abstract

Subduction zones have recurrently formed on Earth. Previous studies have, however, suggested that they are unlikely to start in the interior of a pristine ocean. Instead, they seem to be more likely to form from another pre-existing subduction zone. One widely cited conceptual model to start new subduction zones is polarity reversal, resulting from the shutdown of a pre-existent subduction zone due to the arrival of a buoyant block at the trench. However, the dynamic conditions by which this process occurs remain elusive. Here, we present 3D numerical models of subduction zone initiation by polarity reversal resulting from the arrival of an oceanic plateau at the trench. Our results show that this process is more likely to occur for old subducting plates and narrow plateaus, and that new subduction zones can form from previous ones in a self-replicating manner, without requiring any other external tectonic forcing.