百慕大之謎解開：12英里厚的浮力堅硬巖石層支撐著它漂浮

百慕大Landsat 8衛星圖像

百慕大群島為何能在大西洋中屹立數千萬年而不沉入海底,這個困擾地質學家已久的謎題終于有了答案。卡內基科學研究所的地震學家團隊通過分析地震波數據發現,在百慕大海洋地殼下方隱藏著一層厚達20公里的巨大巖石結構,這個此前從未被報道過的"地質浮筏"正是維持這座火山島持續漂浮的關鍵。這一發現挑戰了關于海洋島嶼演化的傳統理論,揭示了地球深部過程比我們想象的更加復雜和多樣化。

按照經典的板塊構造理論,火山島通常由地幔熱柱活動形成。熾熱的巖漿從地球深部上涌穿透地殼,在海底堆積形成火山錐,最終露出海面成為島嶼。夏威夷群島就是這種機制的典型例證,至今仍有活躍的火山活動。然而當巖漿供應停止后,下方的巖石圈逐漸冷卻收縮,密度增加,島嶼會因失去浮力支撐而緩慢下沉,最終成為海面下的海山。這個過程在地質時間尺度上相對快速,通常在數百萬年內完成。

百慕大的情況顯然不符合這個模式。這座群島上一次大規模火山噴發發生在約三千萬至三千五百萬年前,從那以后火山活動就徹底停止了。按照常規演化路徑,它早就應該沉入海底。但現實是百慕大不僅沒有下沉,反而坐落在一個顯著的海底隆起之上,周圍海床比正常深度淺了約500米。這種持續的地形異常一直缺乏令人信服的解釋。

地震波揭示的地下秘密

研究團隊采用了接收函數分析技術來探測百慕大地下結構。這種方法利用島上永久性地震臺站記錄的全球大地震產生的地震波。當地震波穿越不同密度和彈性的地質層時,會發生反射和折射,傳播速度也會突然改變。通過精細分析這些速度變化,科學家可以像醫學CT掃描一樣重建地下的三維結構圖像。

研究結果令人驚訝。在百慕大下方約50公里深度范圍內,研究人員識別出多個具有不同地震波速度特征的地質層。最淺的層與火山體本身和上層海洋地殼相關,這符合預期。但在海洋地殼底部和堅硬的上地幔之間,存在一個厚度達20公里的特殊層位。這個規模的地殼增厚在洋底島嶼下方前所未見。通常情況下,海洋地殼厚度只有6到7公里,即使在火山建筑下方也不會有如此顯著的增厚。

更關鍵的是,這個巨厚層的地震波速度特征表明其密度低于周圍的地幔巖石。地震波在較輕物質中傳播速度較慢,研究人員觀測到的速度異常恰好印證了這一點。這種密度差異創造了浮力效應,就像木頭浮在水面一樣,較輕的巖石層能夠支撐上方的島嶼不下沉。研究團隊將這個結構形象地稱為"巖筏",它從下方托舉著整個百慕大群島。

關于這個巖筏的成因,研究人員提出了合理的解釋。在百慕大火山活動的鼎盛期,大量巖漿從地幔涌向地表。除了噴發形成可見的火山錐外,相當一部分巖漿被注入到地殼深部,形成侵入巖體。這些巖漿冷卻凝固后,就變成了密度相對較低的火成巖。三千多萬年的時間里,這個巨大的巖漿房逐漸固化,形成了今天觀測到的厚層結構。由于火成巖密度普遍低于地幔橄欖巖,這個巖筏獲得了持久的浮力,足以抵消島嶼重量并維持其高度。

重新認識海洋島嶼演化

這一發現對理解海洋島嶼的長期演化具有重要意義。傳統理論認為,沒有持續熱源支撐的火山島必然下沉,但百慕大案例表明,巖漿活動期間形成的深部巖石結構可以提供長期穩定的機械支撐。這種機制可能在其他看似異常的海洋島嶼中也存在,只是此前缺乏足夠精細的地球物理探測數據來識別。

研究還排除了另一種可能的解釋,即百慕大下方存在熱地幔柱。地幔柱是從核幔邊界上涌的熾熱巖石流,可以為島嶼提供持續的熱浮力支撐。夏威夷和冰島等地的研究已經證實了地幔柱的存在。但百慕大的地震層析成像顯示,其下方地幔的溫度并沒有顯著異常,不存在活躍的熱柱結構。這意味著百慕大的浮力完全來自冷卻固化的巖石結構,而非熱力學效應。

從更廣闊的地質學視角看,百慕大的存在本身就是板塊構造理論的一個挑戰。它位于大西洋中脊和北美大陸之間的洋盆中部,遠離板塊邊界和已知的熱點。其火山活動的成因一直存在爭議。一些學者認為它與大西洋中脊的裂谷作用有關,另一些則傾向于地幔柱假說。新研究雖然否定了現今存在活躍地幔柱,但并未完全解決三千萬年前是什么觸發了那次火山爆發的問題。

百慕大群島在大眾文化中因"百慕大三角"傳說而聞名,這片位于百慕大、佛羅里達和波多黎各之間的海域據稱發生過大量船只和飛機失蹤事件。雖然科學調查早已證明這些失蹤案例并不比其他海域更頻繁,純屬統計巧合和媒體渲染,但神秘色彩為百慕大增添了額外的知名度。如今關于百慕大地質穩定性的科學發現,為這座島嶼增加了真正值得關注的奇特之處。

這項研究成果已發表在《地球物理研究快報》期刊上。研究方法本身也具有推廣價值,接收函數分析技術可以應用于其他海洋島嶼的地下結構探測,幫助科學家建立更完整的海洋島嶼演化模型。未來研究可能會在其他長壽命的火山島下方發現類似的巖筏結構,從而揭示這種機制的普遍性。

對于地球科學而言,百慕大案例再次證明了地球內部過程的復雜性和多樣性。自然界常常超越我們建立的簡化模型,呈現出意想不到的機制和結構。正是這些"異常"現象推動著科學認識的不斷深化,提醒我們保持對未知世界的好奇和謙遜。百慕大的巖筏不僅解釋了一個地質之謎,也為我們理解地球的運作方式打開了新的窗口。