地球科學

分裂非洲大陸的幕後推手

東非大裂谷真的是由一個超級地函熱柱造成的!

撰文/比巴 ( Erin Biba )
翻譯/邱淑慧

地球科學

分裂非洲大陸的幕後推手

東非大裂谷真的是由一個超級地函熱柱造成的!

撰文/比巴 ( Erin Biba )
翻譯/邱淑慧


非洲正在一分為二,原因是縱貫非洲大陸東側的東非大裂谷,在數百萬年後的某一天,將會由海洋取代。是什麼原因造成此處地殼板塊的張裂?科學家爭論了數十年。


地球物理學家認為,有個超級地函熱柱(superplume)把地核附近的熱往上帶到地殼,證據則是分別位在衣索比亞和肯亞的兩大高原,就是超級地函熱柱向上推擠所造成的。但是地球化學家無法認同這個理論,他們認為這兩大高原分別是由兩個較小且不相關的地函熱柱造成的。美國斯克里普斯海洋學研究所的地球化學家希爾頓(David Hilton)表示:「這兩個理論並不一致,物理和化學之間有斷層存在。」


因此希爾頓在2006年和2011年前往東非,看看能否消弭這個爭議。他和研究團隊決定利用裂谷冒出的氣體來確定裂谷是如何產生的。他們戴上防毒面具,爬上位在坦尚尼亞和衣索比亞的火山山頂,並且進入名為「惡魔之風」(mazuku,源自非洲斯瓦希里文)的地熱噴口和窪地,那裡積聚的致命氣體經常造成動物死亡。研究團隊在這些位置蒐集了噴發時形成的岩石樣本,包括橄欖石和水晶,這些礦物內封存了火山氣體。


希爾頓回到加州後,在真空狀態下擊碎岩石樣本,釋出封存其中的氣體。他期待能找到氦3,氦的一種同位素,在地球形成時封存在地核中。希爾頓表示,如果衣索比亞和肯亞高原周遭的岩石都包含了這種原始氣體,那麼至少可以確認它們是由地底下的地函熱柱造成的。而研究結果也確實顯示,這兩個高原都含有氦3。但是希爾頓和研究團隊仍然還得確認:是一個超級地函熱柱造成的,還是兩個較小的熱柱呢?


為了回答這個問題,他們又尋找了另一種封存在地函中的原始氣體:氖22。他們發現兩個高原內都有氖22存在,而且兩地的氦、氖比值是一致的,這項結果發表於今年4月的《地球物理研究通訊》。這表示在兩個高原底下的地函熱柱是在相同時期產生的相同物質,因此是由一個共同的超級地函熱柱造成的,也就是說,地球物理學家一直是對的。


「那些聲稱裂谷和地函熱柱無關的反對者,還有那些甚至否認有地函熱柱存在的人,都站不住腳了。」法國國家科學研究中心的地球化學家柏納德(Pete Burnard)雖未參與這項研究,但提出了如此的評論。


非洲的超級地函熱柱提供了一個管道(另一個熱柱在太平洋底下),讓科學家更容易研究地球內部如何運作。希爾頓的研究團隊目前正在研究東非地函釋出的碳有多少、有多古老,以及是不是數十億年前地表最初捕捉的碳循環。希爾頓表示,這項資訊將有助於地質學家找出在較長時間尺度下,地球內部各層的相互作用情形,包括數億年來大陸形成與分裂的資訊。


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