中洋脊岩漿庫之剖析


1990年3月243期｜上一篇｜下一篇＃發行日期：1990、3 ＃期號：0243 ＃專欄：＃標題：中洋脊岩漿庫之剖析＃作者：高銘鴻譯．電腦斷層．矛盾之處與解決之道．圖一：依據震測及重力資料，所繪的東太平洋隆起橫剖面示意圖。一個僅含很少量百分比熔岩的赤熱岩石庫，圍繞著很小的蕈狀岩漿室（其體積有一半以上是熔岩），且以浮力支撐著其上的海脊。．圖二：中洋脊的（a）重疊擴張中心，及（b）偏離區。		中洋脊岩漿庫之剖析【摘要】地球化學家發現中洋脊的岩石化學變化很大，所以一定是由許多獨立的小岩漿庫所生成；地球物理學家卻發現中洋脊下面的高溫帶是連貫的，這個矛盾得靠電腦斷層來解決。地殼的三分之二是由海底中洋脊的擴張所形成的。赫曾（B. Heezen）比喻此種特殊的景觀為「永不會癒合的傷口」。在噴出海床或凍結為分離板塊的邊緣以前，大部分熔岩即存在於中洋脊軸下的一個淺層岩漿室（magma chamber）。班奈特（Burnett）、卡瑞斯（Caress）和歐克特（Orcutt）等人，首先報導了他們用複雜的聲阻斷層掃描技術，把在東太平洋隆起（East Pacific Rise）大約13°N附近新海床產生的地方，勾畫出來。電腦斷層與臨床醫學上利用電腦輔助斷層掃描技術（CAT, computer-assisted tomography）的情形一樣，他們使用了超過2500對震源-接收器組合，定出脊軸岩漿室的形狀及物理特性。比較不利的一點是，震源和接收器無法如同醫學上CAT掃描般，上下四方的圍繞著脊軸岩漿室加以探測，而只能布於海床上及海水中。雖然如此，班奈特等人所獲得的影像，配合其他震測及重力的觀測資料，提供了窺視脊軸岩漿貯存庫的最佳方法。綜合他們的研究顯示，大部分熔岩含量超過50％以上的岩漿室，事實上非常的小；但是它被更廣闊的赤熱岩石庫所包圍。此赤熱岩石庫中熔岩的含量非常少（至多只占百分之幾），但聲波速度要比周圍較冷的海床聲波速度慢了0.51～1公里／秒（見圖一）。這些溫度在1000℃以上含微量熔岩的赤熱岩石，至少有6公里寬。它均衡地支撐著東太平洋隆起大約200～400公尺高、8公里寬的海脊軸。一個約4公里寬但很薄的岩漿池，含近乎百分之百的熔岩，覆蓋著這寬廣的赤熱岩石。它所造成的大聲阻對比，足以解釋戴崔克（Detrick）等人在海床下1.4公里深處觀察到的鮮明反射層。但是岩漿池在震波斷層掃描的影像處理技術中，並不能夠被解析出來；也就是說，它的厚度可能不超過數百公尺。因此，脊軸岩漿室在橫切剖面上就好像一個蕈狀物體，半融狀態的狹窄莖柱，提供熔岩一個4公里寬，含純熔岩的薄透鏡體（見圖一）。東太平隆起脊軸處的岩漿室，在時間上可能是不穩定的或不連續的。在震波斷層掃描研究同地點，所做的海底起伏影像，顯示岩漿以每年約50公分的速率向北遷移。而在過去十萬年間，已經造成脊軸向東移動了1～2公里。這造成了在北緯12^º37'及12^º54'之間重疊的擴張中心（overlapping spreading centers）（見圖二a）。很明顯地，雖然海脊下較寬的赤熱岩石庫僅僅是順著海脊而稍作彎曲，海脊上那些微小、曇花一現的不連續構造，標明了脊軸岩漿室間小而清楚的間斷。沿著脊軸，岩漿室的變化在構造上和外形上細微改變是明顯的：凡是岩漿室消失的地方，脊軸頂上的地塹（凹槽）也一樣消失；而海脊橫切剖面的形狀則變得更狹窄、更陡峻。在20～100公里的尺度下，海脊深度上下起伏的變化彷彿像蛇一般。那些較低的地方，發生於脊軸岩漿室的間斷處，而與脊軸不連續的位置相吻合。因此，這些間斷反映出海底中洋脊基本的分段構造。矛盾之處與解決之道分析了沿著海脊搜集來的岩石標本後，故事似乎變得更為複雜。藍繆爾（Langmuir）等人研究構造特徵非常細的「偏離區」（devals，指偏離中洋脊軸線，見圖二b），從地球化學的證據上指出海脊具有更小尺度（10～50公里）的分段性。他們建議所有的不連續性，即使小到「偏離區」的尺度，均代表不同區域或海脊段落的邊界，而各自有分離開的岩漿源。但是，多頻道震測的結果卻指出，被認為是脊軸岩漿室頂部的反射層，在大部分的偏離區下均是連續的。如此看來，地球化學上小尺度的分段性，似乎與震測資料互相矛盾。假如脊軸低速帶主要是指，含低百分比熔岩的赤熱岩石，而真正的岩漿室僅為由狹窄莖狀體供給純熔岩的一薄透鏡狀體（見圖一），那麼震波斷層掃描的結果，或可解決上述左右為難的窘境。在橫截面積很小而長度達20～100公里的岩漿室裡，熔岩可以混合的範圍是很少，尤其是假s 成分，直到岩漿噴發出來。海脊分段的最小尺度（10～50公里），可能就代表脊軸岩漿室岩漿能夠沿脊軸方向混合的長度。所以，當地球化學家們主張即使是最短的海脊段，都代表不同岩漿來源的區域；而地震學家和構造地質學家們，看到的證據，支持熱岩石庫沿著海脊的走向相當連續，也許他們都是對的。最近在東太平洋隆起的北緯9^o30'附近，那兒脊軸岩漿室比較大些，所作的另一個震波斷層掃描實驗結果，也許可以澄清這些爭論。本文譯自：K.C. Macdonald Nature, 339：178～179, 18 May 1989.）高銘鴻就讀於師範大學科學教育研究所博士班
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