灣區(qū)時(shí)訊 近日，中國科學(xué)院邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室林間院士團(tuán)隊(duì)與國際科學(xué)家合作，在全球第三大洋底高原——西太平洋沙茨基海隆的成因機(jī)制研究中取得重要突破，揭示地幔柱與洋中脊相互作用是其形成的主控因素。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·地球科學(xué)》（Nature Geoscience）。副研究員張旭博為論文第一作者，研究員張錦昌和院士林間為論文共同通訊作者。此外，《自然·地球科學(xué)》同步發(fā)表該成果的研究簡(jiǎn)報(bào)。
洋底高原是海底大范圍的地形隆起區(qū)，是大規(guī)模巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，屬于海洋里的大火成巖?。↙arge Igneous Province），對(duì)地球氣候演變、生物滅絕等事件具有重要影響。長期以來，有關(guān)洋底高原的成因機(jī)制一直存在爭(zhēng)議，主要有兩個(gè)觀點(diǎn)：（1）“地幔柱模型”認(rèn)為洋底高原由起源于地幔深部的高溫地幔柱引起的大規(guī)模巖漿活動(dòng)形成；（2）“板塊模型”則認(rèn)為洋底高原是由板塊擴(kuò)張誘發(fā)的非均一地幔物質(zhì)上涌減壓熔融形成，無需明顯溫度異常。
圖1.沙茨基海隆的地形圖。圖中彩色符號(hào)代表巖石取樣位置。
圖2.新提出的沙茨基海隆形成模式圖。頂部的黑色雙線代表洋中脊位置，黑色箭頭指示板塊擴(kuò)張方向。
西太平洋的沙茨基海隆，位于洋中脊的交匯點(diǎn)，是研究洋底高原成因機(jī)制的理想?yún)^(qū)域（圖1）。研究團(tuán)隊(duì)深入分析地球物理和地球化學(xué)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行定量地球動(dòng)力學(xué)模擬。研究結(jié)果表明，只有“地幔柱”與“板塊擴(kuò)張”相互作用才能解釋研究區(qū)的觀測(cè)現(xiàn)象。
結(jié)合沙茨基海隆的形成過程，研究團(tuán)隊(duì)揭示了洋底高原形成的兩步曲模式。第一階段，地幔柱頭與周圍地幔發(fā)生強(qiáng)烈混合，洋中脊處發(fā)生大規(guī)模巖漿活動(dòng)，形成如海隆西南端的大塔穆火山（Tamu）（圖2b）。第二階段，地幔柱尾與周圍地幔的混合作用減弱，洋中脊處仍能形成較厚的洋殼，但巖漿成分與深部富集地幔的地球化學(xué)特征相似，如海隆東北端的帕帕寧海嶺（Papanin Ridge）（圖2c），類似現(xiàn)象在地球上其他熱點(diǎn)如冰島、亞速爾和加拉帕戈斯也被發(fā)現(xiàn)。
本研究對(duì)于揭示地球洋底高原的成因、了解地幔柱的時(shí)空演化過程具有重要的科學(xué)意義。
該工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國科學(xué)院項(xiàng)目等的聯(lián)合資助。
研究簡(jiǎn)報(bào)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41561-023-01289-x
通訊員/李淑 王沐眾 徐曉璐
編輯/劉秀
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