歷史地質學/俯衝
俯衝是其中一個邊緣的過程 板塊 滑動到另一個板塊下方並進入 地幔.
在本文中，我們將考察俯衝的證據及其在 板塊構造 中的作用。讀者應該已經熟悉 關於海底擴張的上一篇文章.
正如我們在 關於海底擴張的文章 中所討論的那樣，岩石是在中洋脊生成的；當以這種方式產生時，它很熱，因此具有浮力。隨著岩石從裂谷中擴散出去，它會冷卻下來，並且隨著來自上部 地幔 的物質積累在冷卻的 地殼 的下方，這兩個過程都會使其密度更大。最終，由於這種原因，它變得重力不穩定，可能沉入 軟流圈.
它不能像沉沒的船一樣簡單地直直地沉下去，原因有兩個。首先，它仍然附著在板塊的更具浮力的部分。其次，要做到這一點，它必須以物理上不可信的方式取代 軟流圈 的物質。要理解這一點，請考慮一張漂浮在碗水錶面的紙。紙的密度大於水，應該下沉，但它不能在水平狀態下直直地沉下去，而不會向上推開周圍的水。然而，如果紙的一邊被強制壓入水中，那麼這張紙就可以向下和向側面下降，邊緣朝下滑過水麵。
這就是當海洋 地殼 俯衝時發生的事情；被強制到另一個更具浮力的板塊下方，它以邊緣朝下的方式滑入軟流圈。以這種方式向下推入的 板塊 的部分稱為板片。典型的下降角度為 45 度，但板片可以以任何角度下降，從近水平到近垂直。
右邊的圖顯示了該過程的橫截面。（讀者應該注意，該圖在某種程度上是示意圖性的，並非完全按比例。）
在圖中，海洋 地殼（左側）正在俯衝到大陸 地殼（右側）下方。它彎曲到大陸 地殼 下方的三角形間隙被稱為海溝。由於我們將在下面討論的原因，俯衝的板片在大約 120 公里的深度發生部分熔融，在熔融上方產生火山。
在圖中，我選擇顯示海洋地殼俯衝到大陸地殼下方。海洋板塊也可以以相同的方式俯衝到另一個海洋板塊下方，結果幾乎相同，只是形成了一串火山島和 海山，而不是火山山脈。
在圖中，我顯示了海溝被 沉積物 填滿，形成了所謂的增生楔或增生稜鏡。然而，並非所有海溝都具有這樣的特徵：這取決於沉積物進入海溝的速度以及它與 板塊 一起俯衝的速度。一般來說，當海溝靠近大陸時，會存在增生楔，因為這確保了比遠離海洋更大量的沉積物供應。
在本節中，我們將考察俯衝的證據。
正如我們在 關於海底擴張的文章 中所看到的，新的 地殼 是在中洋脊生成的，並從中向外擴散，並且已經這樣做了數百萬年。
這引發了一個明顯的問題，即它去哪裡了。地球表面不能像氣球一樣簡單地膨脹；而且觀察海底，我們可以看到它也不會像地毯一樣起皺，因為地毯太大了，無法放在它鋪設的房間裡。唯一的解釋是地殼正在被破壞，而唯一合理的解釋是 地殼 被回收回 地幔。因此，海底擴張的證據從表面上看是俯衝必須發生的證據：或者至少是某些東西必須破壞海洋 地殼。
海底在裂谷處產生並在俯衝帶處被破壞的一個後果是，海底應該由比地球本身更年輕的岩石組成。這就是我們發現的：海底最古老的岩石可以追溯到大約 2 億年前，而大陸最古老的岩石則可以追溯到 40 億年左右。
出於同樣的原因，海洋 沉積物 層比大陸上的薄，並且最古老的 化石 更年輕。
與之前一點一樣，這是海洋 地殼 正在被某種機制破壞的良好證據。我們現在可以轉向該機制確實是俯衝的證據。
如果一塊冷的、脆性的、彈性的 岩石真的被俯衝到 軟流圈 中，那麼我們應該期望它發生地震，因為當這種狀態的大塊岩石處於 壓力 下時，它們總是會發生地震。
由於地震的深度（詳情請參見 此處）以及經緯度都可以測量，所以對地震的觀測讓我們能夠很好地瞭解板塊俯衝進入 軟流層時會發生什麼。例如，右邊的圖顯示了 1973 年到 2004 年間，印度-澳大利亞板塊俯衝到小巽他群島之下時發生的 4.5 級以上地震的位置。板塊的輪廓被地震的發生點清晰地勾勒出來。（美國地質調查局的 地震災害計劃 繪製了許多俯衝帶的這種地圖。）
我們應該注意到，如果沒有俯衝， 岩石圈 之下根本不應該發生地震。在 岩石圈 下方的岩石中，溫度和壓力使岩石在該深度的壓力下會彎曲、拉伸和流動，不會產生地震。對這種深度地震的唯一合理的解釋是，來自地表的更冷、更 脆性 的岩石被推入了 軟流層。（在考慮這一點時，讀者應該記住，板塊有幾公里厚，熱量透過岩石傳播非常緩慢，所以俯衝板塊進入 軟流層 後，幾百萬年仍然保持 脆性 和相對低溫。）
火山和俯衝熔融
[edit | edit source]水以類似鹽降低冰點的方式降低岩石的熔點；結果是，當 地殼 中的溼岩石到達合適的溫度和壓力區域時，大約在地表以下 120 公里處， 地殼 的岩石會發生部分熔融。（可以透過在實驗室中模擬適當的溫度和壓力來驗證這種現象發生在 120 公里深處。）
自然地，熱的、密度相對較低的熔融岩石會上升穿過軟流層，並以 熔岩 的形式逃逸到地表，如果板塊俯衝到大陸地殼之下，會形成火山山脈；如果板塊俯衝到海洋 地殼 之下，會形成火山島鏈和 海山。據估計，透過這種機制，高達 20% 的俯衝岩石被送回了地殼。
由於我們可以使用地震讀數測量板塊的角度，並且我們知道部分熔融發生在約 120 公里深處，因此我們可以使用簡單的幾何學計算火山弧相對於俯衝帶的位置。它們總是出現在正確的位置這一事實支援了地質學家確實瞭解軟流層中發生的事情這一觀點。
海溝
[edit | edit source]海溝的存在曾經是地質學家的一個謎。但俯衝機制使一切都變得清晰：在下降的板塊和它俯衝到的板塊之間必須存在一個海溝，橫截面大致呈三角形。
如果這是正確的解釋，那麼我們應該期望在與地震和火山活動（我們也將其歸因於俯衝）具有地理關聯的地方找到這些海溝（以及在合適的條件下 增生楔），而事實上，我們確實發現了這些海溝。
結論
[edit | edit source]地球看起來就像俯衝確實在發生一樣；更重要的是，存在一些現象，例如 軟流層 中的地震，或者火山鏈恰好位於距離俯衝帶適當的距離處，而這些現象在任何其他假說中都無法解釋。因此，可以合理地得出結論，俯衝確實正在發生。