港大地球科學團隊提出地殼板塊形成新論說 成果於學術期刊發表

撰文:馬煒傑
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地球科學學者一直對於地球板塊構造的成因未有肯定的說法。香港大學地球科學系副教授及地球與行星科學與空間研究實驗室的Alexander Webb,與國際研究夥伴就板塊運動起源及成因提出新答案;Webb博士及其團隊提出,地球板塊的形成是因為地球早期外殼變熱,引發熱膨脹至產生裂縫,裂縫再不斷擴大和融合形成一個全球網絡,將地球早期的外殼細分為多個板塊。研究結果剛於權威學術期刊《自然通訊》(Nature Communications)中發表,新論說有助於解開地球是如何從一顆熔熱球體變成今日具有板塊構造的行星。

一直以來,科學家對於板塊構造的成因都未有一個肯定的說法,香港大學地球科學系副教授及地球與行星科學與空間研究實驗室的Alexander Webb最近與國際研究夥伴提出新答案,並於學術期刊《自然通訊》(Nature Communications)中發表。

Webb及其團隊提出,地球板塊的形成是因為地球早期外殼變熱,引發熱膨脹至產生裂縫,這些裂縫不斷擴大和融合形成一個全球網絡,將地球早期的外殼細分為多個板塊。

研究模擬經歷熱膨脹的地球外殼

團隊利用論文的第一作者,大連理工大學的唐春安教授所開發的斷裂力學代碼,通過一系列的數值模擬去印證這個說法。每一次的模擬記錄了一個經歷熱膨脹的地球外殼期間所承受的應力和形變,而當地球外殼承受超於一般可承受的1公里熱膨脹距離,就會導致裂縫產生並迅速形成全球裂縫網絡。

新論說模型圖顯示了一個正在發展的全球裂縫網絡(後期階段)。黑色/陰影為斷裂,而顏色顯示則代表應力(粉紅色表示拉伸應力、藍色表示壓縮應力)(香港大學圖片)

簡單而言,這個新模型原理就是地球的外殼變熱、膨漲,然後破裂。而地熱膨脹的成因,是因為地球深處的熾熱物質透過熱傳導,令地表的岩石圈變暖,而新的模型顯示,如果地球的固體岩石圈有足夠的熱膨脹,將會破裂並極快形成裂隙網絡,將地球的岩石圈分割成板塊。

Webb和研究團隊將繼續綜合野外考察、分析和理論研究的方式,探索地球以及太陽系中其他行星和衛星的早期發展。他們的理論研究,模擬各種地球的動力學過程,有助於解開地球是如何從一顆熔熱球體變成今日有板塊構造的行星。