历史地质学/俯冲
俯冲是其中一个边缘的过程 板块 滑动到另一个板块下方并进入 地幔.
在本文中，我们将考察俯冲的证据及其在 板块构造 中的作用。读者应该已经熟悉 关于海底扩张的上一篇文章.
正如我们在 关于海底扩张的文章 中所讨论的那样，岩石是在中洋脊生成的；当以这种方式产生时，它很热，因此具有浮力。随着岩石从裂谷中扩散出去，它会冷却下来，并且随着来自上部 地幔 的物质积累在冷却的 地壳 的下方，这两个过程都会使其密度更大。最终，由于这种原因，它变得重力不稳定，可能沉入 软流圈.
它不能像沉没的船一样简单地直直地沉下去，原因有两个。首先，它仍然附着在板块的更具浮力的部分。其次，要做到这一点，它必须以物理上不可信的方式取代 软流圈 的物质。要理解这一点，请考虑一张漂浮在碗水表面的纸。纸的密度大于水，应该下沉，但它不能在水平状态下直直地沉下去，而不会向上推开周围的水。然而，如果纸的一边被强制压入水中，那么这张纸就可以向下和向侧面下降，边缘朝下滑过水面。
这就是当海洋 地壳 俯冲时发生的事情；被强制到另一个更具浮力的板块下方，它以边缘朝下的方式滑入软流圈。以这种方式向下推入的 板块 的部分称为板片。典型的下降角度为 45 度，但板片可以以任何角度下降，从近水平到近垂直。
右边的图显示了该过程的横截面。（读者应该注意，该图在某种程度上是示意图性的，并非完全按比例。）
在图中，海洋 地壳（左侧）正在俯冲到大陆 地壳（右侧）下方。它弯曲到大陆 地壳 下方的三角形间隙被称为海沟。由于我们将在下面讨论的原因，俯冲的板片在大约 120 公里的深度发生部分熔融，在熔融上方产生火山。
在图中，我选择显示海洋地壳俯冲到大陆地壳下方。海洋板块也可以以相同的方式俯冲到另一个海洋板块下方，结果几乎相同，只是形成了一串火山岛和 海山，而不是火山山脉。
在图中，我显示了海沟被 沉积物 填满，形成了所谓的增生楔或增生棱镜。然而，并非所有海沟都具有这样的特征：这取决于沉积物进入海沟的速度以及它与 板块 一起俯冲的速度。一般来说，当海沟靠近大陆时，会存在增生楔，因为这确保了比远离海洋更大量的沉积物供应。
在本节中，我们将考察俯冲的证据。
正如我们在 关于海底扩张的文章 中所看到的，新的 地壳 是在中洋脊生成的，并从中向外扩散，并且已经这样做了数百万年。
这引发了一个明显的问题，即它去哪里了。地球表面不能像气球一样简单地膨胀；而且观察海底，我们可以看到它也不会像地毯一样起皱，因为地毯太大了，无法放在它铺设的房间里。唯一的解释是地壳正在被破坏，而唯一合理的解释是 地壳 被回收回 地幔。因此，海底扩张的证据从表面上看是俯冲必须发生的证据：或者至少是某些东西必须破坏海洋 地壳。
海底在裂谷处产生并在俯冲带处被破坏的一个后果是，海底应该由比地球本身更年轻的岩石组成。这就是我们发现的：海底最古老的岩石可以追溯到大约 2 亿年前，而大陆最古老的岩石则可以追溯到 40 亿年左右。
出于同样的原因，海洋 沉积物 层比大陆上的薄，并且最古老的 化石 更年轻。
与之前一点一样，这是海洋 地壳 正在被某种机制破坏的良好证据。我们现在可以转向该机制确实是俯冲的证据。
如果一块冷的、脆性的、弹性的 岩石真的被俯冲到 软流圈 中，那么我们应该期望它发生地震，因为当这种状态的大块岩石处于 压力 下时，它们总是会发生地震。
由于地震的深度（详情请参见 此处）以及经纬度都可以测量，所以对地震的观测让我们能够很好地了解板块俯冲进入 软流层时会发生什么。例如，右边的图显示了 1973 年到 2004 年间，印度-澳大利亚板块俯冲到小巽他群岛之下时发生的 4.5 级以上地震的位置。板块的轮廓被地震的发生点清晰地勾勒出来。（美国地质调查局的 地震灾害计划 绘制了许多俯冲带的这种地图。）
我们应该注意到，如果没有俯冲， 岩石圈 之下根本不应该发生地震。在 岩石圈 下方的岩石中，温度和压力使岩石在该深度的压力下会弯曲、拉伸和流动，不会产生地震。对这种深度地震的唯一合理的解释是，来自地表的更冷、更 脆性 的岩石被推入了 软流层。（在考虑这一点时，读者应该记住，板块有几公里厚，热量通过岩石传播非常缓慢，所以俯冲板块进入 软流层 后，几百万年仍然保持 脆性 和相对低温。）
火山和俯冲熔融
[edit | edit source]水以类似盐降低冰点的方式降低岩石的熔点；结果是，当 地壳 中的湿岩石到达合适的温度和压力区域时，大约在地表以下 120 公里处， 地壳 的岩石会发生部分熔融。（可以通过在实验室中模拟适当的温度和压力来验证这种现象发生在 120 公里深处。）
自然地，热的、密度相对较低的熔融岩石会上升穿过软流层，并以 熔岩 的形式逃逸到地表，如果板块俯冲到大陆地壳之下，会形成火山山脉；如果板块俯冲到海洋 地壳 之下，会形成火山岛链和 海山。据估计，通过这种机制，高达 20% 的俯冲岩石被送回了地壳。
由于我们可以使用地震读数测量板块的角度，并且我们知道部分熔融发生在约 120 公里深处，因此我们可以使用简单的几何学计算火山弧相对于俯冲带的位置。它们总是出现在正确的位置这一事实支持了地质学家确实了解软流层中发生的事情这一观点。
海沟
[edit | edit source]海沟的存在曾经是地质学家的一个谜。但俯冲机制使一切都变得清晰：在下降的板块和它俯冲到的板块之间必须存在一个海沟，横截面大致呈三角形。
如果这是正确的解释，那么我们应该期望在与地震和火山活动（我们也将其归因于俯冲）具有地理关联的地方找到这些海沟（以及在合适的条件下 增生楔），而事实上，我们确实发现了这些海沟。
结论
[edit | edit source]地球看起来就像俯冲确实在发生一样；更重要的是，存在一些现象，例如 软流层 中的地震，或者火山链恰好位于距离俯冲带适当的距离处，而这些现象在任何其他假说中都无法解释。因此，可以合理地得出结论，俯冲确实正在发生。