位在西南太平洋的东加(Tonga)海沟,由隐没作用所造成的弧后张裂现象,形成了劳乌(Lau)海槽。根据海底地形、地震波速度、重力异常、岩石地球化学成分的证据,以及数值模拟的热流作用结果,显示劳乌海槽的张裂在不同时期的各项特征差异,也揭露出位在隐没带后方这个张裂活动底下的地球动力机制。
在西太平洋及南太平洋地区,常常可以在隐没带的海沟—岛弧系统后方发现一个张裂的海盆,我们称之为弧后盆地。弧后盆地的形成一般被认为是肇因于隐没板块所导致的角落流(corner flow),使得岛弧后方发生张裂,并且有岩浆涌出的火成活动发生。
位在西南太平洋的东加隐没带,其海沟— 岛弧系统后方的劳乌海槽,就是属于弧后盆地。根据最新的观测数据显示,东劳乌海槽的地形呈现一个倒三角形,南侧属于张裂初期,而北侧则是已经打开了将近有 200公里宽。目前东劳乌海槽的南段距离岛弧约40公里,张裂速度每年约9.6公分;北段距离岛弧已有约103公里,张裂速度每年约3.9公分。就地形上来看,东劳乌海槽南侧的海底地形与北侧张裂中心外缘的海底地形高度相仿,但是海槽北侧正在张裂的中心地带,则是低了约500公尺。而且两个区域的地震波速度和重力异常值也有明显不同,甚至连新生的地壳岩石成分都不相同。这显示弧后盆地的张裂在不同时期,似乎有不同的张裂特性。
造成弧后盆地在张裂的不同时期所出现的不同特征,可能与隐没板块及弧后张裂之间的相对位置不同,导致角落流形式的改变与岩浆来源地函的性质不同所导致。根据数值仿真的结果显示,在隐没作用发生初期,弧后张裂的位置距离岛弧较近,因此隐没板块脱水造成富含水的地函,大量部分熔融造成初期弧后张裂不仅速度较快,且地壳厚度也较厚。等到张裂后期,张裂中心远离岛弧附近的隐没板块脱水位置,岩浆开始由较干的地函部分熔融所产生,因此张裂速度减慢,形成的地壳也较薄。
近几年来,关于隐没带地区的海底地形、地球物理和地球化学证据,以及各项数值模拟的结果,都渐渐达成共识。其中弧后张裂这个现象,在地表上是个相当显著的特征,却是很难直接用板块构造学加以解释。虽然用「角落流」这样的观念来解释弧后张裂,对一般人来说还是很抽象,但这似乎已经是学术解释上的主流说法。如果未来没有更突破性的新发现,这个议题恐怕也就要尘埃落定了。
原文:Dunn, R. A. and Fernando Martinez, 2011, Contrasting crustal production and rapid mantle transitions beneath back-arc ridges, Nature, V469, P198–202.
董军摘自:地球科学网