加拿大部分地區重力減少原因揭秘

博聞網            (2010-06-24 09:53:14)

40多年來，科學家們一直在致力於研究加拿大部分區域，尤其是哈德遜灣地區重力「減少」的原因。也就是說，哈德遜灣及其周邊地區的重力要比地球其它地方的重力低。這個現象是在20世紀60年代，首張全球重力場圖繪成之際發現的。


目前科學界已經提出兩個理論來解釋這一異常現象。但是，在了解這兩個理論之前，我們首先要知道重力是怎樣形成的。一般來說，重力與質量成正比。所以一塊區域的質量減少，重力也隨之減少。重力在不同地點會有所變化。儘管通常我們把地球看作一個球體，但實際上由於自轉的原因，地球是個赤道略凸、兩極略扁的橢圓。地球各處的質量分佈並不均勻，並且隨著時間變化，各處質量常常移位。因此，科學家們提出了兩個理論來解釋哈德遜灣區的質量是如何減少的，從而導致該地區重力的減少。


第一個理論集中在地幔的對流上。地幔是處於地殼下方100千米到200千米的一層熔岩。地幔溫度極高，且一直處於渦流和漂移狀態，漲落不息，從而形成了對流。對流把地球大陸板塊向下拖拉，從而減輕了該區域的質量，進而導致重力減輕。


而另一個理論則將注意力放在勞倫泰德冰原——它曾經覆蓋了如今加拿大多數地區以及美國北部。這個冰原的多處截面厚度接近3.2千米，而在哈德遜灣區兩處則達到3.7千米厚，這層厚厚的冰原曾重壓於地球之上。一萬多年前，勞倫泰德冰原漸漸融化並最終完全消失，但它在地球上留下了很深的壓痕。


為了更好的理解這一點，我們舉個簡單的例子。想想看，當您用手指輕輕按壓一塊蛋糕或者鬆軟的麵包表面時，接觸點部分會被擠向四周，從而形成一個凹陷。但當您移開手指，它還會反彈回來，並很快恢復原狀。勞倫泰德冰原理論的原理正是如此——只是地球的「反彈」速度十分緩慢（一年不到半英寸）。同樣道理，哈德遜灣區質量較低的原因在於，地表的一部分被勞倫泰德冰原推向周邊，而質量越低，重力自然也越低。


哪個理論正確？實際上兩個都對。地幔對流和由冰原引發的回彈效應都可能導致哈德遜灣區的重力減少。首先，我們分析一下冰原理論。


為測算勞倫泰德冰原造成的影響，美國哈佛-史密森尼天體物理中心的科學家們，分析了重力量測及氣候監控衛星（GRACE）2002年4月至2006年4月收集的數據。重力量測及氣候監控衛星（GRACE）是包含兩個衛星的高度精密儀器，兩者相距220公里，並在距離地面500公里的軌道上運行。這種衛星能以微米級的精確度測量距離，所以能夠探測到細微的重力變化。當前一顆衛星運行經過哈德遜灣區時，重力的減少會導致這顆衛星稍微遠離地球和身後的同伴，衛星能夠檢測到這個距離的變化，並藉此計算重力的變化，而這些檢測到的變化可以用來製作重力場地圖。


通過由重力量測及氣候監測衛星（GRACE）收集的數據，科學家們繪製出了在上一次冰河時代哈德遜灣區被勞倫泰德冰原覆蓋時的大概地形圖。這些圖顯示了這個地區的一些有趣特徵，比如，哈德孫灣東部和西部兩處凸出地面區域的冰層比其它地方要厚得多。另外，現在這兩個地方的重力也比哈德遜灣區的其它地方更小。


通過分析衛星收集到的數據，科學家們有了另外一個重大發現，即在哈德遜灣及其周圍地區，只有百分之二十五到百分之四十五的重力變化符合兩個理論所闡述的情況。除了反彈效應這個原因，科學家們認為剩餘百分之五十五到百分之七十五的重力變化時很可能是由於地幔對流導致的。


在今後相當長一段時期內，哈得孫灣地區都將處於低重力狀態。據推測，地球需要反彈650英尺以變回原來的狀態，而這一過程要持續5000年才能完成。但反彈作用至今仍可看到。儘管全世界海平面在上升，但由於哈德遜灣區的地表在勞倫泰德冰蓋的作用下仍然向原有狀態恢復，該地區的海平面卻在下降。


現在，我們暫且放下加拿大重力異常現象之謎，關注一下這項研究的廣泛意義。來自哈佛-史密森尼天體物理中心的科學家們對於他們能夠看到20000年前地球的樣子感到很驚奇。與此同時，除了冰原的反彈效應，科學家們對於地幔對流對重力的影響作用，以及陸地的變化也有了更深的了解。最後，重力量測及氣候監測衛星（GRACE）給科學家們提供了很多冰原和冰川的數據。通過研究幾千年前氣候的變化，科學家們可能對於目前全球變暖和海平面升高對我們這個星球的影響以及其對未來世界的影響有更深的理解。