研究人員發現，北美大陸的底部正以巖石塊的形式緩慢地滴落。板塊殘余沉入地幔可能是造成這一現象的原因。《自然地球科學》雜志發表的一篇論文描述了德克薩斯大學奧斯汀分校的這一發現。這是首次觀察到“大陸架減薄”現象。

“我們觀察到，地殼下面可能存在某種物質，”這項研究的主要作者、德克薩斯大學杰克遜地球科學學院博士后研究員華俊林說道。“幸運的是，我們還對導致地殼變薄的原因有了新認識。”

克拉通是構成地球大陸核心的古老巖層。它們以穩定性和能經受數十億年考驗的能力而聞名。然而，克拉通有時會發生變化，影響其穩定性或導致整個巖層消失。例如，數百萬年前，華北克拉通失去了最深的根層。

研究人員表示，發現克拉通滴水現象意義非凡，因為它是實時發生的。這為科學家提供了一個獨特的機會來觀察克拉通變薄的進程。

研究中的一張圖顯示了巖石從克拉通滴落。研究人員推測，滴落是由克拉通下方俯沖的法拉隆板塊的殘余物造成的。圖片來源：《自然地球科學》，華等人。

滴水主要集中在美國中西部。研究人員保證，無需擔心大陸會很快被掏空或滴水會改變地貌。驅動滴水的地幔過程會影響板塊隨時間的變化——但這種變化非常緩慢。更重要的是，隨著板塊殘余沉入地幔深處，其對克拉通的影響逐漸減弱，滴水預計最終會停止。

杰克遜學院地球與行星科學系和地球物理研究所的教授、論文合著者托爾斯滕·貝克爾說，這一發現對于研究大陸整個生命周期的地質學家來說至關重要。

“如果我們想了解一顆行星在很長一段時間內是如何演化的，這類事情就很重要，”貝克爾說。“它幫助我們了解如何形成大陸，如何分裂大陸，以及如何將它們循環回地球。”

此次滴水現象的發現源自華教授領導的一項大型項目，該項目采用論文合著者斯蒂芬·格蘭德（現為杰克遜學院名譽教授）及其團隊開發的方法，為北美創建了一種新的全波形地震層析成像模型。該計算機模型利用 EarthScope項目收集的地震數據，揭示了北美地殼和地幔中發生的地質過程的新細節。華教授目前是中國科學技術大學的教授。

地震波以不同的速度穿過不同的地質特征。這張地圖顯示了美國大陸以及中美洲和加拿大部分地區 200 公里深處地殼的地震速度。北美克拉通（黑色虛線部分）的地震速度與周圍地區相比較高。圖片來源：《自然地球科學》，華等人。

貝克爾說：“由于使用了這種全波形方法，我們可以更好地描述深層地幔和較淺的巖石圈之間的重要區域，我們希望從那里獲得有關巖石圈發生情況的線索。”

該模型首次以這種方式將水滴呈現在人們眼前。它還幫助研究人員推斷，法拉隆板塊（一個大約在過去 2 億年中一直俯沖到北美之下的海洋構造板塊）可能正在推動這一過程，盡管它與克拉通相距約 600 公里。

20 世紀 90 年代，格蘭德首次通過地震成像觀測到該板塊，該板塊在塑造北美板塊的過程中發揮了重要作用。研究人員認為，該板塊現在正通過改變地幔物質的流動方向，從下方侵蝕大陸，使其與克拉通底部發生剪切，并釋放出揮發性化合物，削弱其基底。

華說，盡管滴水只集中在克拉通的一個區域，但板塊似乎與整個克拉通的物質發生了相互作用，克拉通覆蓋了美國和加拿大的大部分地區。“大范圍的衰退正在加劇。”

當研究人員建立這些動力學的計算機模型時，模型克拉通在法拉隆板塊存在時會滴落。當板塊移除時，滴落停止。

貝克爾承認計算機模型有局限性。但他表示，模型與數據的相似性是一個好兆頭。

“看著一個模型，然后說，‘它是真實的嗎，我們是否過度解讀了數據，或者它是否告訴了我們一些有關地球的新信息？’”貝克爾說。“但在很多地方，這些斑點確實來來去去，這（向我們展示了）真實的東西。”

編譯自/scitechdaily