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2021年8月17日

中大教授首次探測馬里亞納南部俯衝帶輸入地球內部的水量

2021年8月17日
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圖一: 研究中的數據由數十台國產 OBS 儀器記錄,團隊於 2016 年底將OBS放置在海底,並在半年後成功回收,是世界上首次成功在挑戰者深淵附近進行的OBS實驗。

圖二: 太平洋板塊在俯沖之前發生彎曲而產生正斷層,為水進入到地球內部提供了通道。在特定的溫度和壓力下,海水與岩石相互作用形成含水礦物(綠色區域:蛇紋石化上地幔),水被鎖入岩石中,然後隨著下沉的板塊進入俯衝帶,而部分水通過脫水過程逐漸釋放。

2018 年,楊宏峰教授參加首次中國-巴基斯坦聯合考察,調查印度洋莫克蘭海溝的地震和海嘯風險。

2018年,楊宏峰教授在首次中國-巴基斯坦聯合航次中進行海底地震儀試驗,調查印度洋莫克蘭海溝的地震和海嘯風險。

香港中文大學(中大)地球系統科學課程的楊宏峰教授及其團隊,通過研究地球最深處—「挑戰者深淵」附近的速度結構和地震分布特徵,首次探測到在馬里亞納南部被俯衝板塊帶入地球內部的水量。由於俯衝板塊是水進入地球內部的主要通道,因此估算進入俯衝帶的水量對研究全球水和物質循環至關重要。該研究已於《地球物理研究通訊》上發表。

近年,「挑戰者深淵」吸引了無數科學家和探險者的密切關注,然而,其水深達10.9公里,極少有設備可以突破極端壓力,作近距離觀測。因此,位於馬里亞納海溝的「挑戰者深淵」仍然極為神秘。馬里亞納海溝是太平洋板塊向菲律賓海板塊下方俯衝而形成,呈鐮刀狀,具有許多特殊的構造特點,如古老而陡峭的俯衝板片、沒有大地震,以及分布甚廣的泥火山。

為揭開深海的奧秘,楊教授與國際團隊合作,對馬里亞納南段俯衝帶進行了一系列多學科實驗,包括物理海洋學、沉積物採樣、重磁測量、主動源和被動源海底地震儀(OBS)實驗。當中OBS可以測量海底震動,並用來探測地下結構。團隊於 2016 年底放置數十台國產 OBS在海底,並在半年後成功回收,成為世界上首次成功在「挑戰者深淵」附近進行的OBS實驗(圖 1)。

楊教授課題組博士後研究員、文章第一作者朱高華博士,利用被動源OBS數據提取地震和環境噪聲的信號,對馬里亞納南部的地下結構進行了地震成像。獲得的地震速度模型顯示俯衝板片有明顯的低速異常,可延深至地幔約25公里處,數據顯示馬里亞納南部俯衝板片攜帶有大量的水進入地球內部。在特定的溫度和壓力下,海水與岩石相互作用形成含水礦物(岩石水化),水因而被鎖入岩石中,隨著俯衝板塊進入地球內部,俯衝板塊外緣的拉張斷層為水進入地球內部提供了重要途徑(圖 2)。由於海平面一直保持相對穩定,進入地球的水通常伴隨火山爆發回到大氣層和海洋。在馬里亞納中部有一系列火山,因此部分水會由此返回。然而,馬里亞納南部卻沒有成熟的火山,說明俯衝板塊攜帶的水會被帶到地球的更深處,從而影響地底深處的物質成分和物質循環。

此項研究的合作機構包括中國科學院南海海洋研究所、中國科學院地質與地球物理研究所及聖路易斯華盛頓大學,並獲香港研究資助局的資助。除了馬里亞納,楊教授還研究了莫克蘭、卡斯卡迪亞和中美洲俯衝帶。2018 年,他參加了首次中國-巴基斯坦莫克蘭海溝的科學考察航次,進行大地震和海嘯的相關研究。



圖一:  研究中的數據由數十台國產 OBS 儀器記錄,團隊於 2016 年底將OBS放置在海底,並在半年後成功回收,是世界上首次成功在挑戰者深淵附近進行的OBS實驗。

圖一: 研究中的數據由數十台國產 OBS 儀器記錄,團隊於 2016 年底將OBS放置在海底,並在半年後成功回收,是世界上首次成功在挑戰者深淵附近進行的OBS實驗。

 

圖二:  太平洋板塊在俯沖之前發生彎曲而產生正斷層,為水進入到地球內部提供了通道。在特定的溫度和壓力下,海水與岩石相互作用形成含水礦物(綠色區域:蛇紋石化上地幔),水被鎖入岩石中,然後隨著下沉的板塊進入俯衝帶,而部分水通過脫水過程逐漸釋放。

圖二: 太平洋板塊在俯沖之前發生彎曲而產生正斷層,為水進入到地球內部提供了通道。在特定的溫度和壓力下,海水與岩石相互作用形成含水礦物(綠色區域:蛇紋石化上地幔),水被鎖入岩石中,然後隨著下沉的板塊進入俯衝帶,而部分水通過脫水過程逐漸釋放。

 

2018 年,楊宏峰教授參加首次中國-巴基斯坦聯合考察,調查印度洋莫克蘭海溝的地震和海嘯風險。

2018 年,楊宏峰教授參加首次中國-巴基斯坦聯合考察,調查印度洋莫克蘭海溝的地震和海嘯風險。

 

2018年,楊宏峰教授在首次中國-巴基斯坦聯合航次中進行海底地震儀試驗,調查印度洋莫克蘭海溝的地震和海嘯風險。

2018年,楊宏峰教授在首次中國-巴基斯坦聯合航次中進行海底地震儀試驗,調查印度洋莫克蘭海溝的地震和海嘯風險。

 

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