绘制磁条图以发现海洋地壳的形成速度

怀俄明大学的两名研究人员参与了有史以来第一次在快速扩张的洋壳下辉长岩部分绘制的磁条图——板块构造的基础之一。

在这个过程中，该小组可能已经解决了一个长达 30 年的科学争论问题：快速扩张的海洋地壳以何种速度形成?

“这是以前从未做过的。磁条记录了地球磁场如何随时间变化，特别是当磁北极变成磁南极时地球磁场如何翻转或反转，反之亦然， ” 华盛顿大学地质与地球物理系教授 Michael Cheadle 说。“这种三维映射本身就令人兴奋，因为 1960 年代初首次发现的磁条为板块构造理论提供了一些关键证据——该理论解释了我们如何以及为什么会得到山脉、海洋盆地、火山和地震。”

Cheadle 是一项新研究的第三作者，该研究在今天发表在国际科学周刊《自然》上的一篇题为“三维磁条需要在快速传播的下海壳中缓慢冷却”的论文中得到了强调。

该论文的第四作者、华盛顿大学地质与地球物理学教授 Cheadle 和 Barbara John 以及加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所地球科学教授 Jeff Gee 设计了该实验，并进行了样本和数据采集​​。莎拉·马赫 (Sarah Maher) 博士 斯克里普斯海洋研究所的学生，是该论文的主要作者。她和吉完成了数据处理和分析。

该手稿解决了海洋地壳(占海洋地壳的 40%，因此占地球表面的 25%)如何快速传播的问题，利用地壳磁化的新应用冷却和形成。三维磁条的形状表明海洋地壳实际上冷却得非常缓慢。

“因此，我们刚刚对四分之一的地球地壳的形成方式施加了主要限制，”Cheadle 在谈到这项研究的结果时说。

Cheadle、John 和 Gee 是 2017 年前往 Pito Deep 的巡游的三位主要调查员。 Pito Deep 位于复活节岛附近，是一个大裂缝，是太平洋中少数几个允许对横截面进行采样的地方之一下大洋地壳。Pito Deep 深约 3.5 公里，大约是大峡谷深度的两倍。

Jason II 是一艘通过电缆连接到船的遥控机器人潜艇，用于从海底收集岩石样本。信用：卢卡斯卡瓦纳

洋壳形成于大洋中脊，由地幔熔化产生的岩浆冻结和结晶形成。岩浆在冷却并凝固成岩石之前首先从地幔中逸出时的温度为 1,200 摄氏度。当它冷却到 580 摄氏度以下时，它会被磁化并记录下当时地球磁场的方向。结果，它记录了地球磁场极性的周期性翻转或反转，当磁北极变成磁南极时，反之亦然。这些极性反转导致海洋地壳的正常磁化和反向磁条。

“磁条可以被认为是地球磁场历史的磁带记录，”Cheadle 说。“而且那录音的模式表明，快速扩张的海洋地壳必须非常缓慢地冷却。”

研究小组记录了从古传播轴延伸超过 8 公里的亚水平磁条或极性边界。为此，该小组使用自主潜艇 Sentry 绘制了两个 8 至 10 公里长区域的辉长岩海底磁化图，并直接测量了 Jason II 收集的 200 多个定向样本的磁极性，遥控潜艇。辉长岩是冰冻的岩浆，在火山下方形成岩浆房，在海底喷出熔岩。

海洋地壳在通过其锁定或阻塞温度冷却时保持磁场极性和强度的变化。这要么是瞬间发生的，就像在火山喷发时瞬间冷却的熔岩部分一样;或更深的辉长岩部分更慢。地壳横截面中记录的正常和反向磁化岩石之间边界的几何形状反映了过去海洋地壳的冷却历史。

Cheadle 说，这项研究从研究结果中得出了两个重要的、可检验的预测。

“首先，我们建议我们的冷却模型与发生在离轴 8 到 10 公里处的 100 到 200 米偏移断层一致，允许深部热液循环，”Cheadle 说。“如果正确，这意味着在离轴约 10 公里的快速扩张山脊处，存在大量相对未开发的、可能是扩散的热液循环区域。

“其次，我们的结果表明，在传播轴 8 到 10 公里范围内只会发生浅层地震，”他继续说道。“我们的研究结果对地球科学的多个领域具有广泛的影响，包括地壳的形成、海洋中的流体流动、地球化学和地震学。”

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