灣區時訊 近日，中國科學院邊緣海與大洋地質重點實驗室林間院士團隊與國際科學家合作，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。相關研究成果發表于《自然·地球科學》（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》同步發表該成果的研究簡報。
洋底高原是海底大范圍的地形隆起區，是大規模巖漿活動的產物，屬于海洋里的大火成巖省（Large Igneous Province），對地球氣候演變、生物滅絕等事件具有重要影響。長期以來，有關洋底高原的成因機制一直存在爭議，主要有兩個觀點：（1）“地幔柱模型”認為洋底高原由起源于地幔深部的高溫地幔柱引起的大規模巖漿活動形成；（2）“板塊模型”則認為洋底高原是由板塊擴張誘發的非均一地幔物質上涌減壓熔融形成，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張方向。
西太平洋的沙茨基海隆，位于洋中脊的交匯點，是研究洋底高原成因機制的理想區域（圖1）。研究團隊深入分析地球物理和地球化學數據，并進行定量地球動力學模擬。研究結果表明，只有“地幔柱”與“板塊擴張”相互作用才能解釋研究區的觀測現象。
結合沙茨基海隆的形成過程，研究團隊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生強烈混合，洋中脊處發生大規模巖漿活動，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特征相似，如海隆東北端的帕帕寧海嶺（Papanin Ridge）（圖2c），類似現象在地球上其他熱點如冰島、亞速爾和加拉帕戈斯也被發現。
本研究對于揭示地球洋底高原的成因、了解地幔柱的時空演化過程具有重要的科學意義。
該工作得到國家自然科學基金項目、廣東省自然科學基金項目、中國科學院項目等的聯合資助。
通訊員/李淑 王沐眾 徐曉璐
編輯/劉秀
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