斷層為地球的進水量把關

Storyteller/蓋瑞王   Painter/蓋瑞王

研究顯示斷層帶的活躍程度直接影響海水進入地函的含量。

你知道嗎,地球也是會口渴的,而地球是那麼的巨大,若是它真的張開大口一吞,我們的海洋可能會被瞬間喝光。好在地球很節制,它會控制自己每次的喝水量,方法就是利用斷層。讓我們看下去…

 

地球喝下多少水,都被記錄在岩石中

地球物理學教授Gaye Bayrakci、海洋與地球科學教授Tim Minshull、與南安普敦大學的同事及其他機構的研究學者,發表了第一篇探討斷層活動與地函進水量關係的研究,這研究方法是利用蛇紋岩的含量來回推進水量,但要怎麼做呢?首先要了解蛇紋岩如何形成:當水及碳從海洋被帶入地函,他們會與地函中最多的岩石-橄欖岩反應,並形成蛇紋岩;也就是說,蛇紋岩是地函曾經進水的重要證據。

蛇紋岩(serpentinite)是橄欖岩(peridotite)經由熱液變質作用(metasomatism)而產生,也就是說,要產生蛇紋岩,需要有水。

藉此,研究團隊花費四個月的時間,動用兩艘研究船,利用聲波繪製西班牙西岸的深加利西亞大陸邊緣(The Deep Galicia Margin,為北美自歐洲分離的斷層帶)80×20公里的區域,以計算地球內部的進水量。聲波是很有用的探測工具,它可以穿透地殼及地函,並被安裝在海床上的高感度偵測器接收(像是海豚或蝙蝠發出超聲波確認前方物體一樣),聲波從聲源到岩石,再經由岩石反射、傳送至海床偵測器所經歷的時間,可以讓我們回推聲波在岩石中傳遞的速度有多快(還記得-波速=距離/時間-這個公式嗎);聲波在不同岩石中的傳遞速度不同,我們因此能挑出哪些偵測到的聲波是從蛇紋岩中反射出來的,進而估算出蛇紋石的含量。研究結果顯示斷層底部的蛇紋岩含量與斷層位移量具正相關,顯示蛇紋岩含量與斷層活動關係密切!

「我們這項調查工作的目的之一,是要了解該區域斷層與蛇紋石出現的關係。斷層活動與蛇紋石形成的關聯性是我們一直期望釐清的,但從沒想過能得到如此清晰的答案」Bayracki教授表示,「這意味著海水只有在斷層活動時能進入到地函深處;也就是說,地殼的脆性破裂過程最終會控制水體進入地球內部的總量。」

 

繁華交易活動下的生命綠洲

位在中洋脊及隱沒帶的蛇紋岩區可見活躍的熱液生態系統,因這裡的生物藉由沿斷層進出地球內部的水流中,所含的化學物質生存。目前,研究學者已有能力估算出深加利西亞大陸邊緣海水進入地球內部的平均速率,他們發現該速率與中洋脊水循環的速率類似,這說明大陸張裂處可能也具有跟中洋脊相似的熱水系統,並可能提供足夠一個生態系統維持的養分。

伯明翰大學地質學教授兼共同作者Tim Reston表示:「當我們了解變形作用下水體傳輸作用後,我們可以應用到很多層面,像是用於了解熱液系統,以及地震機制等。而這項研究顯示斷層活動與水體流動的關係,比我們過去預期的更加直接!」

所以不用擔心地球的嘴巴會關不住,然後眼看著海水像是進入排水孔般,排得一乾二淨。反而我們更該感謝斷層帶有這樣熱鬧的水體貿易活動,提供生物圈一塊繁華的綠洲。

 

對原文文章有興趣的朋友請參考:

Faults control the amount of water flowing into the Earth during continental breakup, Geology IN, 2016.03.08

 

延伸閱讀:

How does Earth’s continental crust form?, GeologyIN, 2016.02.24

科學家發現地函中生成的礦物封存了大氣〉-蓋瑞王

兩億年後的大西洋〉-Ruei