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“最后一块拼图” 科学家提出地幔动力新机制

来源:济南日报发布时间:2024-08-23 16:58:47

  新华社上海8月22日电(记者张建松)深藏在地球内部的地幔充满了许多未解之谜。通过对地球板块边界动力学观测上“最后一块拼图”——北冰洋加克洋中脊的科学考察,科学家提出地幔动力新机制。由自然资源部第二海洋研究所李家彪院士领衔、南方科技大学海洋高等研究院、中国科学院南海海洋研究所、法国巴黎地球物理研究所(IPGP)等单位中外科学家共同参与的这项研究,首次发现超慢速扩张洋中脊的岩浆活动存在超强的变化,提出主动和被动地幔上涌双机制控制了全球洋中脊系统,这对地幔动力经典理论提出了挑战。8月21日,国际权威学术期刊《自然》在线刊登了研究论文。

  根据地幔动力经典理论,洋中脊下的地幔,被板块拖曳着向上运动而呈现被动上涌,称为“被动地幔上涌”模式,形成的岩浆量(即地壳厚度)受扩张速率的控制。北冰洋加克洋中脊是典型的超慢速扩张洋中脊,科学家一直预测那里难以形成地壳,地壳厚度可能接近于零。由于北冰洋加克洋中脊海域常年冰封,开展冰下海底地震探测十分困难,成为地球板块边界动力学观测上“最后一块拼图”。

  2021年,在中国第12次北极科学考察中,李家彪团队利用自主研发的国产设备,依托“雪龙2”号,在北冰洋加克洋中脊海域开展了大规模冰下海底地震探测,共投放自主研制的海底地震仪(OBS)43台,成功回收42台,获得大量珍贵的科学探测数据。

  李家彪说:“最初,我们是奔着寻找北冰洋加克洋中脊超薄甚至缺失的地壳而去的,最后的结果却令人大吃一惊,我们发现了超强的变化、部分区域甚至厚达9000米的地壳。”

  论文第一作者、自然资源部第二海洋研究所研究员张涛介绍说:“2014年,我们在另一个超慢速扩张洋中脊的典型代表——西南印度洋中脊,也发现了超厚的地壳。将这两种现象结合起来,我们突然醒悟,原来这种超厚的地壳很可能是常态,是超慢速扩张洋中脊特有的超强变化。”

  通过对全球数据深入分析和一系列模拟,李家彪团队提出:在占全球洋中脊系统约20%的超慢速扩张洋中脊下,“主动地幔上涌”模式占据了主导地位。主动地幔上涌的高敏感性,导致了超慢速扩张洋中脊的极端变化。主动和被动地幔上涌双机制控制了全球洋中脊系统。

  业内专家认为,这一地幔动力新机制,颠覆了学术界一直认为的“超慢速扩张洋中脊岩浆供给极度贫瘠”的观点,完善了地球板块边界动力学理论。

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