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揭秘!印度洋的‘引力漏洞’

在印度洋存在一个“引力漏洞”,科学家现在认为他们知道原因了。这个“引力漏洞”是指地球引力较弱的一个地点,质量较正常情况下要低,使得海平面下降了超过328英尺(100米)。这个异常现象困扰地质学家已经很长时间了,但现在来自印度班加罗尔的印度科学研究所的研究人员找到了他们认为是其形成的可信解释:岩浆柱来自地球深处,就像那些导致火山形成的岩浆柱一样。

为了得出这个假设,该团队使用超级计算机模拟了这个地区可能是如何形成的,回溯到1.4亿年前。这项研究的结果发表在最近一期《地球物理研究通讯(Geophysical Research Letters)》杂志上,主要围绕一个已经不存在的古代海洋。人们习惯于将地球视为一个完美的球体,但事实并非如此。“地球基本上是一个不规则的土豆,”研究合著者、印度科学研究所地球科学中心的地球物理学家兼副教授阿特里·戈什(Attreyee Ghosh)说道,“所以从技术上来说,它不是一个球体,而是一个椭球体,因为随着地球的旋转,中间部分会向外凸起。”

戈什补充说,我们的星球在密度和性质上并不均匀,一些区域的密度比其他区域更大,这影响了地球的表面和引力,“如果你把水倒在地球表面,水到达的高度被称为重力位,这是由地球内部物质的密度差异控制的,因为它们以非常不同的方式吸引地表,这取决于地下质量的多少。”印度洋中的“引力漏洞”,官方上称为“印度洋重力位低”,是重力位中最低的点,也是其最大的重力异常,形成了一个圆形的洼地,从印度南端开始,覆盖约120万平方英里(300万平方公里)。1948年,荷兰地球物理学家费利克斯·安德里斯·费宁·迈内斯(Felix Andries Vening Meinesz)在一艘船上进行重力调查时发现了这一异常现象,至今仍是一个谜。“这绝对是重力位中最大的低洼,而且还没有得到适当的解释,”戈什说。

为了找到一个可能的答案,戈什和她的同事使用计算机模型将地质时钟倒回1.4亿年前,以便全面了解地质情况。“我们对那个时期的地球情况有一些信息和一些信心,”她说,“当时的大陆和海洋位置完全不同,密度结构也大不相同。”从那个起点开始,该团队进行了19次模拟,一直追溯到现在,重新创建了构造板块的移动和地幔(位于地核和地壳之间的地球内部厚层)内岩浆或熔融岩石的行为。在这19次模拟中,有6次形成了类似于印度洋中的重力位低的情况。

在这6个模型中,共同的特点是在重力位低的周围存在岩浆柱,这些岩浆柱以及附近的地幔结构被认为是形成“引力漏洞”的原因,戈什解释说。模拟过程中,岩浆的密度参数不同,那些没有岩浆柱存在的模拟并没有形成重力位低。这些岩浆柱本身是源于数千万年前印度大陆漂移并最终与亚洲碰撞时古代海洋的消失。“1.4亿年前,印度在一个完全不同的地方,印度板块和亚洲之间有一个海洋。印度开始向北移动,海洋消失,与亚洲之间的空隙闭合,”她解释说。随着海洋板块在地幔内下沉,可能会促使岩浆柱的形成,将低密度物质带到地球表面。

根据该团队的计算,重力位低形成于约2000万年前。目前很难说它是否会消失或转移。“这完全取决于地球质量异常是如何移动的,”戈什说。“它可能会持续很长时间。但也有可能板块运动会使其消失,也就是几亿年后的事了。”英国卡迪夫大学地球与环境科学学院的教授休·戴维斯(Huw Davies)表示,这项研究“确实有趣,并提出了有趣的假设,这应该鼓励对这个问题进行更多的研究。”

佛罗里达大学盖恩斯维尔分校地质学教授阿莱桑德罗·福尔特(Alessandro Forte)博士认为,进行计算机模拟来确定印度洋重力位低的起源是有充分理由的,而且这项研究相较之前的研究有所改进。过去的研究只模拟了冷物质在地幔中的下降,而未包括热的地幔柱的上升。然而,福尔特指出,他在这项研究的执行中发现了一些缺陷。“该研究采用的模拟策略最突出的问题是,它完全未能复现6500万年前在现今留尼汪岛位置下方爆发的强大地幔动力柱。”他说,“在那个时候,熔岩流覆盖了印度次大陆的一半,形成了著名的德干玄武岩,这是地球上最大的火山地貌之一,长期以来都被认为是由一个完全不存在于模拟中的强大地幔柱造成的。”

福尔特补充说,另一个问题是计算机模拟预测的地球重力位(或表面形状)与实际地球重力位之间的差异:“这些差异在太平洋、非洲和欧亚大陆尤为明显。作者提到预测和观测的地球重力位之间有一个中等相关性,约为80%,但他们没有提供更精确的数值匹配度(在研究中)。这种不匹配表明模拟中可能存在一些问题。”戈什表示,并非所有可能的因素都能在模拟中考虑进去。“这是因为我们无法绝对准确地知道过去的地球是什么样子。回溯的时间越久远,对模型的信心就越少。我们无法考虑到每一个可能的情况,我们还必须接受一个事实,即板块随时间的运动可能存在一些差异。但我们相信这个低洼的整体原因是相当清楚的。”

(图片源于CNN)

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