Nature： 地幔柱诱发最早板块运动*



Nature： 地幔柱诱发最早板块运动*

刘文浩※编译

(中国科学院兰州文献情报中心，兰州730000)

众所周知，地球岩石圈分为6大板块，而且这些板块是不断运动的。 但是，什么因素引发了第一次板块运动？ 第一个板块俯冲带又是如何产生的？ 2015年11月12日刊登于Nature的一篇文章《地球上板块构造由地幔柱诱导俯冲产生》(Plate tectonics on the Earth triggered by plume-induced subduction initiation)回答了这些问题，并提出了诱发这种俯冲机制的3个主要物理因素： ①有强大浮力的海洋岩石圈； ②地幔柱岩浆对上部岩石圈集中持续的减薄作用； ③水对板块界面的润滑作用。

来自苏黎世联邦理工大学(ETH)的科研人员从金星表面的研究中获得了启发。 通过观测金星上巨大的、 类似于火山坑的圈状地貌，研究人员推测，地幔柱在由金星的铁质内核向外运动的过程中，带来大量的热的熔融物质，使得金星岩石圈变得脆弱，发生变形，熔融物质在侵蚀岩石圈之后继续蔓延，最终呈现为蘑菇状。 研究人员推测这种过程在地球内部也可能存在，从而在地球岩石圈上创造了板块运动最初启动所需的条件。

为了验证这一推测，研究人员研发了一个计算机模型，首次利用高分辨率三维数值模拟技术对地球地幔柱进行了模拟。 结果表明，地幔柱弱化了其上部的岩石圈，形成了一个圆形、 脆弱的直径达数十到数百公里的环带。 随着范围的变化，环带的边缘被撕裂。 随后，水开始蔓延至整个岩石圈并起到润滑效果，刚性较重的岩石圈陷入了柔软的地幔，第一个板块边缘随即产生，形成的张力最终牵动了整个板块的运动。

在模拟中，研究人员比较了不同温度条件和岩石圈的状态，发现由地幔柱诱发的板块运动很可能在前寒武纪(约30亿年前)大范围盛行。 虽然当时地球岩石圈很厚，但是地幔温度较高，仍能提供足够的热量来削弱岩石圈。 计算机模拟显示，在当今条件下，岩石圈和地幔柱的温差很小，地幔柱很难引发板块俯冲，因为岩石圈已经具有一定的稳定性，导致地幔柱无法对其产生足够的削弱作用。 此外，模拟结果还表明，三重连接板块(即有3个板块连接在一起)的成因可能是多向地幔柱引起的岩石圈拉伸，这种情况在非洲、 埃塞俄比亚、 厄立特里亚等地普遍出现。 地幔柱导致的能形成板块运动的这种构造脆弱区在世界很多地方都存在，因此，基于该新模型可以很好地模拟这些区域的位置、 形状和传播范围。

文献来源： Gerya T V，Stern R J，Baes M，et al. Plate tectonics on the Earth triggered by plume-induced subduction initiation. Nature，2015，527(7577)： 221-225. doi.10.1038/nature15752.

中图分类号：P542+.5；

文献标识码：D；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.02.003

通讯作者：※刘文浩，e-mail: liuwh@llas.ac.cn。

* 收稿日期：2015-12-03； 采用日期： 2015-12-15。