新华全媒+丨探秘“最后一块拼图” 科学家提出地幔动力新机制

  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。

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  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。

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　　冰下海底强烈火山活动和岩浆供给示意图。（自然资源部第二海洋研究所供图）

  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”。

　　超慢速扩张洋中脊极端变化的地壳厚度和双地幔上涌动力模式示意图。（自然资源部第二海洋研究所供图）

  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。