上地幔溫度差異驅動北半球長期板塊匯聚

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近日，中國科學院院士徐義剛團隊副研究員劉亮與合作者，采用基于地球深部物理狀態建立正演動力學模型的研究思路，約束了當今上地幔的溫度分布情況，并據此系統且定量模擬了上地幔溫度分布不均一對北半球動力學演化的影響，揭示出北半球“黑洞”現象的本質，即地幔溫差驅動的地幔對流會吸引周邊板塊向其匯聚，顯著增強板塊間的相互擠壓作用。相關成果發表于《地質學》。

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北半球上地幔的溫度分布不均一與長期板塊匯聚過程驅動機制的示意圖。受訪者供圖

板塊重構研究表明，侏羅紀以來北半球逐漸形成了以歐亞大陸東部為代表的長期板塊匯聚中心，表現為西伯利亞、蒙古、印度、阿拉伯等地塊群以及（古）特提斯、（古）太平洋板塊向該區域的匯聚。此外，該階段（重）新啟動的單向俯沖過程也大多是朝歐亞大陸東部發起的。從定性的角度來看，似乎有“黑洞”似的結構長期位于歐亞大陸東部的下方，并將周邊的板塊吸引到自身之下，加劇板塊間的擠壓。然而，現有模型較難解釋北半球至少200 Ma以來、板塊間擠壓增強且成為陸內構造-巖漿遷移活動聚集地的根本原因。

該研究表明，上地幔的溫度不均一所誘發的地幔對流，可以驅動侏羅紀以來北半球代表性板塊匯聚事件的發生。根據對模擬結果的統計，在原有俯沖過程結束后的~19 Myr內：88%的測試模型中發生了朝向冷地幔端員的單向俯沖；在大約43%的模型中，更輕的板塊可以向冷地幔端員上方的更重的板塊之下俯沖。與此相反，在地幔熱狀態均勻的模型中，俯沖重啟的時機延長到了十倍之久，且更輕的板塊從未俯沖到更重的板塊之下。

該項工作解釋了侏羅紀以來新啟動的單向俯沖過程大多是朝歐亞大陸東部發起的原因。數值模擬結果還表明，在不同的匯聚帶初始條件下，大規模平俯沖、年輕邊緣海的俯沖、以及俯沖板片在地幔過渡帶內滯留等北半球代表性現象也可以在模型中自發產生。此外，該研究中的數值模型很好地再現了西太新生代起始俯沖階段的平均匯聚速率，很大程度上支持了模型結果在論證大時空尺度板塊匯聚問題上的可靠性。