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北極之謎：海底巖漿豐富還是極度貧瘠,？
2024/09/10 11:24 來源：中國科學報 閱讀：1.1萬
超慢速擴張洋中脊的巖漿是極度貧瘠還是豐富,，一直以來都是困擾科學家的難題,。傳統(tǒng)觀點認為,，超慢速擴張洋中脊的巖漿供給極度貧瘠,。然而,，最新的研究成果顛覆了這一觀點,。
近日,，《自然》在線發(fā)表了中國工程院院士,、自然資源部第二海洋研究所研究員李家彪領(lǐng)銜,，中國科學院南海海洋研究所、南方科技大學,、法國巴黎地球物理研究所等單位科學家合作的最新成果,。他們首次在極端的北極環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)超慢速擴張洋中脊的巖漿活動存在超強變化,，部分區(qū)域的地殼甚至厚達9000米,。
“這打破了之前國際上關(guān)于北極高緯度密集冰區(qū)無法進行海底地震儀探測的論斷,，顛覆了學術(shù)界一直認為的‘超慢速擴張洋中脊巖漿供給極度貧瘠’的觀點，完善了地球板塊邊界動力學理論,?！闭撐墓餐髡摺⒅袊茖W院南海海洋研究所特聘研究員林間對《中國科學報》表示,，該發(fā)現(xiàn)填補了國際研究空白,。
探究“最后一塊拼圖”
深海洋中脊是地球表面最長的海底山脈，是洋殼與大洋板塊誕生的地方,，孕育了大量礦產(chǎn)資源,。地球上的超慢速擴張洋中脊山脈，分別位于偏遠的西南印度洋與北極之下,。早在2003年,，林間就與合作者對西南印度洋中脊進行了探測，提出了超慢速擴張洋中脊地幔動力學經(jīng)典模型,。
由于北冰洋加克洋中脊海域常年冰封,，開展冰下海底地震探測十分困難，成為地球板塊邊界動力學觀測的“最后一塊拼圖”,。為此,，李家彪發(fā)起了“北冰洋洋中脊國際聯(lián)合考察計劃”，并于2021年帶隊前往北極加克洋中脊開展中國第12次北極科學考察,。
研究區(qū)域覆蓋的極厚冰層給儀器安置工作出了難題,。幸運的是，研究團隊乘坐的“雪龍2”號破冰船憑借其全球首創(chuàng)的船艏和船艉雙向破冰技術(shù),，成功克服了這一困難,。
破冰船在厚厚的冰層上開辟出一條“水路”，李家彪團隊迅速投放了海底地震儀等科學儀器,。在破冰船的尾部,，他們釋放空氣槍作為人工地震源，海底地震儀負責接收信號,。團隊共投放自主研制的海底地震儀43臺，成功回收42臺,，獲得大量珍貴的科學探測數(shù)據(jù),。之后，研究人員對收集到的數(shù)據(jù)進行了詳細分析,。
論文第一作者,、自然資源部第二海洋研究所研究員張濤介紹，基于這次海底深部探測和綜合調(diào)查,，研究團隊發(fā)現(xiàn)了北極超慢速擴張洋中脊極端豐富和變化的巖漿供給特征,?！?015年，科學家在西南印度洋中脊也發(fā)現(xiàn)了超厚地殼,。將這兩種現(xiàn)象結(jié)合起來,，我們突然醒悟，原來這種超厚地殼很可能是常態(tài),，是超慢速擴張洋中脊特有的超強變化,。”
提出地幔動力新機制
超慢速擴張洋中脊是海底擴張和板塊運動在地球表面留下的壯觀的痕跡之一,，它們以極低的速率擴張,，形成了獨特的地質(zhì)特征。根據(jù)地幔動力學經(jīng)典理論,，洋中脊下的地幔被板塊拖曳著向上運動而呈現(xiàn)被動上涌,，即被動地幔上涌機制，形成的巖漿量（即地殼厚度）受擴張速率的控制,。
“北冰洋加克洋中脊是典型的超慢速擴張洋中脊,，科學家一直預測那里難以形成地殼，地殼厚度可能接近于零,?！绷珠g告訴《中國科學報》，最新研究提出了全球洋中脊系統(tǒng)均受主動和被動地幔上涌雙機制控制的新理論,，改變了學界一直認為的超慢速擴張洋中脊巖漿極度貧瘠的觀點,。
論文共同作者、中國科學院南海海洋研究所助理研究員查財財介紹,，根據(jù)擴張速率的不同,，全球洋中脊被分為快速擴張、慢速擴張和超慢速擴張3種類型,。傳統(tǒng)的被動地幔上涌理論很好地解釋了從快速擴張到慢速擴張洋中脊的地殼增生,，但在超慢速擴張洋中脊中，理論預測與實際觀測存在很大偏差,。
該新發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)洋殼增生的經(jīng)典理論,，揭示了超慢速擴張洋中脊局部大規(guī)模巖漿活動的普遍性。李家彪團隊提出,，在占全球洋中脊系統(tǒng)約20%的超慢速擴張洋中脊下,，主動地幔上涌機制占據(jù)了主導地位。
《自然》審稿專家對該研究成果給予了高度評價,，認為這是首次在北極地區(qū)進行大規(guī)模的冰下海底地震探測實驗,。這一突破性的嘗試將極大激發(fā)人們對洋中脊領(lǐng)域的研究興趣。研究中發(fā)現(xiàn)的地殼厚度變化非常顯著,，并且測量結(jié)果與傳統(tǒng)觀念存在較大差異,。這表明需要采用新的理論模型來解釋這些發(fā)現(xiàn),。
“這項工作不僅豐富了地球板塊邊界動力學的理論，還增進了我們對超慢速擴張洋中脊地幔動力學的理解,，具有重要的科學意義,。”林間表示,，隨著研究的不斷深入,，人們有望更加全面、深入地認識超慢速擴張洋中脊的巖漿活動特征,。（朱漢斌 李淑）