经典的板块构造理论是在20世纪60年代发展起来的。它提出,地球的外层是由少数几个刚性板块组成的,将这些板块分隔开来的是一些狭窄的边界。我们可以将地球表面看作是一个简易拼图,它只有9个大的板块和一堆小小的板块。但是,在板块构造模型最初创建时,忽略了这些看似刚性的板块所经历过的巨大变形。现如今,在板块构造革命的50多年之后,我们可以非常确定的是,板块的大陆部分既不是均匀的,也不是刚性的。
巨大的力量缓慢地推动着大陆滑过地下粘稠的地幔层,就好似推动饼干滑过温暖的太妃糖浆一样,这股力量给大陆施加压力,让地壳扭曲。这是一个已经持续了数百万年的过程。在最近的一项研究中,我们与一组国际合作者一起建立了一个计算机模型,目的是为了弄清楚自大约2.5亿年前的三叠纪以来,大陆发生了多大程度的变形。我们已经知道的是,巨大的构造力会沿着板块间的边界作用。
这一点我们可以在大陆的相互碰撞中观察到,比如非洲大陆与欧亚大陆的相互碰撞形成了阿尔卑斯山脉;也可以在大陆被撕裂形成盆地时看到,比如发生在东非的那样。我们的新研究利用了许多地质数据和地球物理数据,确定了所有主要的大陆变形区域,与此同时,我们还使用自己开发的GPlates软件建立了一个全球板块运动模型。
结果发现,自盘古大陆的最初分裂以来,至少有1/3的大陆地壳已经发生了巨大的变形,这一面积高达7500万平方公里,大致相当于北美、南美和非洲面积的总和。这些发生了变形的大陆区域包括像西兰大陆这种被拉伸和淹没的大陆,也包括由碰撞产生的山带的地壳收缩区域,例如喜马拉雅山脉、欧洲的阿尔卑斯山脉、伊朗的扎格罗斯山脉和新西兰南阿尔卑斯山等等。
当地壳被拉伸和变薄时,地壳的扭曲通常是不会出现在我们的视线之内的,因为它们会很快就被沉积物所覆盖。但也有例外。东非大裂谷就是这样一个例外,它是地壳扩张在地表可见的最壮观示例之一。它没有下降到海平面以下,因为这个地区在被地幔柱向上推,地幔柱是由高温熔融物质上涌形成的,会导致隆起和火山活动。应力的重要性作用于大陆上的持续应力和应变为我们提供了一份重要的地球历史记录。
我们通过对大陆随时间流逝的变形模式进行建模,可以探索地震和火山活动的区域模式,还能解释地球气候随时间而出现的剧烈变化。