透视海底“汗腺”(图)

　　核心提示

　　美国科学家称，在过去的数十年间，北极冰层4000米以下曾发生过多次火山喷发，地球上85%的火山是在冰冷黑暗的大洋深处爆发。就在今年4月，冰岛南部冰盖下一座火山二次喷发。研究表明，火山滴流出的岩浆形成大洋洋底，那么这些岩浆是如何覆盖整个洋底的呢？

　　海底洋壳“汗腺”纵横

　　地球上85%的火山喷发发生在深海之下的大洋中脊；洋底的岩石全部由海底火山喷发形成，厚达7千米。

　　20世纪60年代，地球物理学家发现这些海底火山构成了一条连续的山脊，蜿蜒在地球上，好似棒球的缝合线。科学家们的疑问是：是什么为这些喷发的火山链提供了热源？

　　科学家经过数字模拟发现：海底之下150千米深处，微小的熔岩液滴从岩石的微观孔隙中，以每年10厘米速度渗出，这和指甲生长的速度相似。在固态地幔中，那些微小熔浆液滴通过聚集渗流，在压力作用下，无数小液滴向着洋中脊汇聚，最终穿透岩石渗出来，形成新的洋壳，较老的洋壳向远离洋中脊的方向移动，(如下图中箭头所示)，这一过程就像岩石在“出汗”。

　　熔解制造“汗腺”通路

　　科学家研究发现，熔浆在向上运移的过程中熔解斜方辉石晶体，在熔解过程中，熔浆制造出更多的孔洞，从而开凿出更加有利于熔浆流动的通路。随着孔隙的增长，它们相互连接，形成了长长的通道。经模拟显示，有效区域内90%以上的熔浆会聚集到不到10%的通道中，这就意味着，数以百计细丝般流动的熔浆最终将汇聚成几十条直径10米或更宽的多孔通道。

　　即便是在最宽的通道中，许多来自于地幔区的岩石结晶也会充满通道，阻碍流体运动。这就是熔浆仅以每年几厘米的速度缓慢移动的原因。随着时间的流逝，大量熔浆在通道中通过，斜方辉石等可熔性矿物全部被熔解掉了，只剩下橄榄石和其他不可熔矿物。

　　大西洋“缝合线”

　　即是大西洋洋中脊，从图上看是一条长达1万千米的黑色“缝合线”，实际上，它是一条连续的洋底火山链，也是世界上最长的山脉。图中颜色表明洋底岩石的年龄，洋中脊的洋壳岩石最年轻，呈红色，越接近大陆岩石年龄就越老(右图)。

　　海底扩张

　　如果说火山喷发还是间断进行的，新洋底的生成则是时刻在进行着。沿着在全球表面构成连续网络的洋底中脊系(所有洋中脊的总称)，每年都要新生1厘米到20厘米的洋底地壳，中脊系因此成了海底的扩张轴，连续不断的岩浆溢出，冷却，凝固，又被新溢出的岩浆推挤着远离中脊轴，就在这种前进过程中，岩浆继续冷却和收缩，因此洋底新生地壳在离开中脊轴的过程中下沉，使得洋底的深度随之增加，这样就构成了在中脊系两侧的大洋盆地的地形，而同时离开中脊系越远的位置，洋底岩石的年龄越大。

　　海洋诞生大地

　　当1831年达尔文乘坐“小猎兔犬”号船登上大西洋中部赤道附近的圣彼得保罗小岛群时，惊奇地发现，它们并非常见的火山岛，实际上它们是由橄榄岩构成的地幔片断，在中脊系的一个断裂带处因洋底扩张运动而拱出海面成为岛屿的。而在大西洋赤道附近的很多横向大洋脊部分的顶部，尽管距离海面1千米左右，却覆盖着包含浅水钙质沉积物的石灰岩，因为它们在1000万年到300万年前还是海平面上的小岛，只是一直以每年约0.3毫米的速度在下沉。归根结底，这些沧海桑田的背后都是因为沿着洋底中脊系，大地在生长。

　　其实大洋中脊系及其横向断裂带正是大地诞生的地方，中脊系实际上正是地壳不同板块之间发生板块扩张的地方。覆盖地球表面的坚硬岩石约30到60千米以下，是流淌着高温高压玄武岩岩浆的地幔层，当岩浆沿着中脊系处的板块缝隙溢出时，或者遇到冰冷的海水而凝固下来，构成新生的洋底；或者由于压力很大，短时间内冲上地面，爆发为火山。如果岩浆口处于海底，则为海底火山喷发，掀起海啸，如果开口在大气中，则就是常见的火山喷发了。

　　岩石“出汗”

　　当上覆物质向上移动，压力下降时，炙热地幔岩石渗出熔融流体。这种被称为熔浆(黄色)的熔融流体聚集在构成岩石的固态晶体(棕色)之间的微小空隙里。

　　通道的形成

　　熔浆向压力低的区域流动。在流动过程中，熔浆可以部分熔解固态晶体的边缘，这些逐渐扩大的空隙相互连接，形成狭长的通道，即熔融通路。

　　熔浆缓慢渗出

　　因为熔融通路中充满了熔浆无法熔解的岩石颗粒，所以熔浆每年只能上升几厘米。数以万计的熔浆细流逐渐汇聚成大的管道。

　　障碍物阻塞流动

　　在较冷的上地幔，部分上升的岩浆会因为损失了足够多的热量而在上地幔顶部结晶，形成固体阻碍物。在离洋中脊越远的地方，这些晶体阻碍物的形成浓度就越高，所以在这些阻碍物压力下，剩余的熔浆向洋中脊处汇聚。

　　裂隙打开

　　在洋中脊下，结晶的熔浆完全阻断了剩余熔浆的上移。熔浆逐渐聚集，形成透镜状熔浆囊体，它们内部的压力增大，直到挤破上面覆盖的较冷岩石。

　　熔浆快速溢流

　　开放的裂隙使熔浆能够迅速向上溢出，从而使下方的熔浆囊体完全排空。部分熔浆以岩浆的形式从洋中脊火山顶喷发而出，但大部分熔浆会在下部的裂隙中结晶。

　　□本报记者／周仲全