马里亚纳海沟吞噬掉的海水去哪里了?

马里亚纳海沟吞噬掉的海水去哪里了?

寒武纪来客,世界随时间驶向荒芜,我们都将是熵的信徒。

一部分水直接通过马里亚纳群岛的火山喷发释放出来。

一部分水深入地幔,长久的保留在地幔深处。

地球上有两个储⽔库,第一个是地球表层系统的储⽔库,以海⽔为主。

第二个就是地球内部的储⽔库——地幔,这里⽔以地幔矿物的羟基(-OH)为主。

在海洋的板块俯冲带附近,地球两大储水库相接,每时每刻进行着水体的交换,而马里亚纳海沟就是这样的一个板块俯冲带。

地球上的俯冲带可以分为两大类: (1) 大洋俯冲带(2) 大陆俯冲带[1]

环太平洋地区两类大洋俯冲带示意图

大洋俯冲带可以进一步分为两种, 一种是洋 - 陆俯冲带, 就是大洋板片俯冲到大陆之下, 产生大陆弧火山岩,例如东太平洋边缘的安第斯山脉。

另一种是洋 - 洋俯冲带, 就是一个大洋板片俯冲到另一个大洋板片之下, 产生大洋弧火山作用,例如西太平洋边缘的马里亚纳群岛,深不见底的海沟和岛弧火山链相伴而生。

马里亚纳海沟就是由太平洋板块俯冲到菲律宾板块下面而产生。

西太平洋地区主要板块
马里亚纳俯冲带

马里亚纳海沟的俯冲带就是一头吞噬巨兽。

伴随着大洋板块俯冲,消失的不仅有洋壳,还有大量的沉积物和海水。

当大洋板块俯冲时,板块发生弯曲,产生大量的断层和裂隙,使海水充满整个裂隙。

另一方面,洋壳的物质在海沟高温高压的环境下,发生水和作用,形成蛇纹岩等囚水岩石,并随板块的俯冲滑入地壳深处。

马里亚纳海沟俯冲所携带的海水含量达

,整个地球俯冲带消耗的海水量达到

,也就是每年 30 亿吨[2]

俯冲带水循环
俯冲带水循环

海水进入地壳后,一部分海水直接在最初几公里内就从裂缝和孔隙中排出[3]

在进一步向下俯冲后,达到深度约为 20-30 km 上地幔,封锁在俯冲板块中的水在高温的作用下在上地幔被释放出来。这些高温高压的水降低了上地幔的熔化温度,形成岛弧链下面的岩浆。随火山活动,一部分水释放到大气中,参与地表水循环。

此时,仍有一部分海水继续随板块俯冲深入到地幔深处,一直达到在 100~300km 的弧下和弧后地幔, 长久的保存于地幔深处。

因此,俯冲带附近的水合和脱水作用,构成了地球系统最⼤尺度的水循环。

按照地球历史的超⻓尺度说来,今天地球表层⽔圈的总水量大约为

,每 100 万年由海沟俯冲下去的水大约是

,其中进⼊地幔深处的水大约有

如此算来,地球表层系统水圈的水,至少每隔 16 亿年才能在地幔深处循环⼀遍[4]

有人推算,现在地球上俯冲下去的海水多,从火山回上来的水少,一部分海水永远囚禁在地幔深处。

因此,自从 5 亿年前的“寒武纪⽣命⼤爆发”以来,地球上的海水已经减少了 6%—10%。

按照这种速率,全球大洋的海水可能将在 20 亿年之后枯竭。

洋壳俯冲造成海水进入地幔