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地球海溝每年吸入30億噸海水,為什么海平面不會下降?

2021-02-27  火星科普

在地球表面,97%的水都在海洋中。在太陽光的照射下,海水大量蒸發到空氣中形成水汽,再轉化為雨水落下來,或者經由河水匯入海洋。通過這樣的水文循環,地球海平面可以保持相對穩定的狀態。

然而,科學家通過研究發現,地球內部正從海洋大量吞噬海水。據估計,每年有30億噸海水被拽入地球內部。既然如此,全球海平面沒有變得越來越低,反而上升了呢?

全球海洋的平均深度可達3700米,在海洋底下是硬質的海床,那里是地殼的表面。不過,海床并非是完全密閉的,海水會通過海底的俯沖帶掉進地球深處,這是水進入地球內部的唯一方式。

西太平洋板塊俯沖到馬里亞納板塊下方,形成了地球上最深的海溝——馬里亞納海溝,其深度可達11000米。為了研究俯沖帶到底吞噬了多少的海水,地質學家在馬里亞納海溝海域部署了多個海底地震儀和島嶼地震儀,用于監測地球內部傳出來的地震波。

就像聲波一樣,地震波在不同介質中的傳播速度并不一致,在巖石中的傳播速度要快于在水中的傳播速度。如果海床地下還有大量的地下水,當地震波穿過時,其速度會變慢,地震儀就能監測到,從而知道有多少海水被地殼吞噬掉。

海水進入地殼,乃至更深的上地幔之后,并不是直接以液態形式存在,而是會與巖石相結合。地球內部的溫度和壓力很高,水與巖石結合成了含水礦物,主要是水鎂石。

根據地震儀的探測結果,馬里亞納海溝下方的30公里區域,存在大量的含水礦物,其中包含了相當多的水,總量遠超此前的估計。如果把這個結果推廣到全球海域,那么,俯沖帶每百萬年會把多達3000萬億噸的海水吸入地殼中,也就是每年30億噸。地殼和地幔中儲存著數量龐大的水,儲水量至少相當于全球海水總量,最多有可能達到全球海水總量的3倍。

地球海洋中又存在多少水呢?據估計,全球海洋的總體積為13.5億立方公里,海水平均密度為1.025噸/立方米,那么,全球海水總質量約為138億億噸(1.38×10^18噸)。

按照每年流失30億噸海水的速率來計算,只要4.6億年的時間,全球海洋就會完全干涸。但事實并沒有,地球海洋已經存在了漫長的時間,在地球誕生之后不久就已經形成。

45億年前,在含水的原行星盤中,星子之間不斷碰撞成長,最終形成了地球。隨著地質運動和火山噴發,形成地球的巖石逐漸向地表滲透出水。另外,彗星撞擊地球也會帶來大量的水。

到了43億年前,地球冷卻下來,水逐漸凝結形成了海洋。自那之后,無論板塊怎么運動,地球上一直存在海洋。水一直在地球上循環,海水并沒有干涸掉。因此,地球內部的水會通過某些方式重新回到地表。

科學家認為,在火山噴發的過程中,水會被噴發到大氣中。不過,火山帶出的水遠少于俯沖帶吞噬掉的水。這意味著還有其他不為人知的方式,可以讓水回到地表。

至于全球海平面不降反升,主要原因在于全球變暖。人類大量排放二氧化碳,增強溫室效應,引發全球氣溫升高。這會導致海水熱膨脹,體積變大。另外,還會導致冰川融化,更多的液態水進入海洋中。前者對海平面上升的貢獻率為42%,后者為58%。與20世紀初相比,目前全球海平面已經上升了大約20厘米。

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