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上月刊於《美國國家科學院院刊 (PNAS) 》的研究指出，中美洲國家巴拿馬地底約 100 公里深處有一條地質秘密通道，可以解釋到為何地球地幔的岩石，會從起源地科隆群島 (Galápagos Islands) 地底一直流動 1,600 多公里到達巴拿馬。

這種前所未見的岩石運輸方式也可能有助解釋為何巴拿馬的活火山很少。在中美洲西海岸，科科斯構造板塊 (Cocos tectonic plate) 正在向下俯衝，並將海洋地殼推到北美、加勒比和巴拿馬構造板塊的大陸地殼之下，這一過程稱為隱沒作用 (subduction) 。

這個隱沒帶形成了一條被稱為中美洲火山弧的太平洋沿岸火山帶，熔岩會穿過界限透過火山噴出地面。然而，火山活動在位於巴拿馬板塊的巴拿馬西部停止。

這種相對的平穩地質，長期以來都是個謎，而新研究則認為當中是與科科斯板塊一個大型開口有關。

科科板塊隱沒作用有可能引發大地震，例如 2017 年墨西哥恰帕斯州曾出現 8.1 級大地震，造成至少 102 人死亡、 900 人受傷。由美國伍茲霍爾海洋研究所海洋化學和地球化學博士後 David Bekaert 領導的團隊，為更了解科科板塊隱沒如何進行，收集了火山岩樣本以及來自溫泉的氣體和流體樣本，分析當中分子同位素的比例，特別是氦和鉛的同位素。 Bekaert 解釋，從不同同位素比例可得知地質材料的來源。

發現奇異地球化學特徵

地幔主要由矽酸鹽岩石組成，這些岩石具有矽和氧原子的結構。不過，即使相距不遠，精確的構成比例也會有很大差異。團隊發現，在中美洲的特定地方，即巴拿馬西部，以及火山弧後面的哥斯達黎加，有一些奇異的地球化學特徵，與科隆群島的非常相似，而學界現存確切說法解釋科隆群島的地幔一路流至巴拿馬。

團隊隨後轉向地幔的地震成像，該技術使用地震波來繪製地底圖像，並使用電腦模型來試圖解釋可能發生的事情。

團隊最終發現，在巴拿馬的深處，當科科板塊在隱沒過程中滑至另一個板塊下方時，下方板塊會在進入地幔時保持其結構，並逐漸加熱和翹曲，形成了一個窗口，允許來自科隆群島的地幔成分流入。

該窗口可能是隱沒的科科地殼中自然、預先存在的裂縫，又或是隱沒過程中地殼斷裂的地方。無論哪種方式，都能讓地幔通過。

至於地幔如何被推動，團隊認為較有可能的情況是地幔的典型大規模循環，驅動地幔通過隱沒板塊的窗口，而其存在也可以解釋巴拿馬為何缺乏活火山：隱沒板塊中的水往往會促進火山的形成，因為水會降低岩石的熔點導致岩漿的形成。巴拿馬隱沒板塊中的開口，意味著該地點地殼缺水，反過來意味著岩漿更難在當地流動。

來源：
Live Science, How a Geological Secret Passageway Under Panama Moves Rocks Thousands of Miles Away, 19 December 2021

報告：
Bekaert, D.V., Gazel, E., Turner, S. & et al. (2021). High 3He/4He in central Panama reveals a distal connection to the Galápagos plume. PNAS November 23, 2021 118 (47) e2110997118. doi: 10.1073/pnas.2110997118

文／Alan Chiu