利用地震學的方法,看板塊運動的動力來源 林佩瑩研究員主講

研習記錄

講到板塊運動,絕對不要忘記的就是「地球是個圓球型」*1。

從全球衛星定位系統(GPS)的觀測資料,我們計算出地球表面的板塊運動模式,以板塊在圓球面上「轉動」的方式來描述板塊運動,才能跳脫那個四四方方的世界地圖所框住的我們對地球的思考。*2

但是,究竟是什麼力量推動了板塊的運動*3?是教科書上的標準答案,地函熱對流嗎?還是隱沒板塊的下拉(Slab pull)力量?或是中洋脊的外推(ridge push)力量?不管大家心目中的答案是什麼,今天的演講並沒有打算要給大家一個答案,而是提供一個觀測結果。先講結論,那就是太平洋板塊目前的移動研究方向,和太平洋板塊下方軟流圈的流動方向(相當於地函熱對流的方向)並不一致。

相較於過去對太平洋板塊研究結果的不同,過去的研究都是利用太平洋周圍的地震測站,接收環繞著太平洋周圍發生的地震訊號,因此計算結果都是整個太平洋板塊的平均結果。但這次研究卻是在太平洋中央放置海底地震儀,接收來自太平洋周圍的地震訊號,可以計算出不同區域(方向)的太平洋板塊與板塊下方地球內部的地震波傳遞特性。

本研究利用不同週期的表面波(雷力波)觀測資料進行計算,以剪力波分離的方法推論地球內部不同深度的地震波速度非均向性,進一步分析可能造成這些非均向性的礦物排列方向與地函(軟流圈)流動方向。

結果顯示,在岩石圈的深度範圍內(大約100公里深),地震波波速的非均向性最大,且波速偏快的方向與板塊形成時的擴張方向一致。但在軟流圈的深度範圍內(大約介於100到200公里深),地震波速的非均向性較小,且波速偏快的方向(大約100°)和板塊移動的方向(大約120°)並不一致。如果軟流圈的地震波速非均向性研究結果代表軟流圈的移動方向,同時也代表地函熱對流的方向的話,那結論就是太平洋板塊目前移動的方向,和地函熱對流的移動方向並不一致。

雖然我們還是要針對這樣的結果,提出個「自圓其說」的推論,但其實「發現和預期的結果不一樣」對我們來說已經是個很棒的發現。

林佩瑩研究員說,簡化的模型是個很好的溝通工具,適合我們拿來講解。但是簡化的模型並不能拿來解釋所有的現象,那並不表示簡化的模型有錯,而是在這個簡化的模型之下,可能還有更多細節的構造必須被解釋。如果有一天連基本的模型都被推翻,大家也不用太過驚訝,畢竟這就是科學啊!

*1 GPlates(https://www.gplates.org/)是個以立體、互動式地球儀來呈現資料的軟體,資料呈現的方式還可以跨越不同時間來播放,因此相當適合用在板塊運動歷史的演示。但軟體的使用還是有一定的進入門檻,如果有時間我再寫一份比較詳細的解說。
目前網站上有個現成的板塊運動展示(http://portal.gplates.org/cesium/?view=AgeGrid),大家可以先拿來利用。

*2 關於板塊運動該如何從觀測資料計算出數值模型,以及板塊運動的「轉動」究竟該如何描述,建議可以參閱下面的參考資料(有中文)。

C. M. R. Fowler (2005). Chap 2, Tectonics. on. a. sphere: the. geometry. of. plate. tectonics. The Solid Earth: An Introduction to Global Geophysics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-58409-8.(https://goo.gl/vSE7Wa)中文翻譯:https://goo.gl/GbC1B9

*3 希望有機會可以更深入來回顧「板塊運動的動力來源」系列相關研究。

相關記錄檔案
研習錄影:https://goo.gl/4GCZpY
研習錄音:https://goo.gl/hNtRSu
研習照片:https://goo.gl/r9RAe9
電腦簡報:https://goo.gl/7nFiir

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