慢速—超慢速大洋中脊動態洋殼增生機制研究獲進展

大洋中脊系統是地球海洋地殼出生地，此處兩個板塊背向而行，誘發地幔上涌并減壓熔融，形成新洋殼并完成海底擴張。全球洋脊按擴張速率分為快速、中速、慢速和超慢速四類。觀測表明，快速擴張洋殼厚度相對均一，而慢速—超慢速洋殼厚度變化較大，既可能出現完全沒有洋殼、地幔直接出露的情況，也可能形成厚度接近十公里的洋殼。這種巨大差異或源于巖漿沿脊軸的空間聚集，也或者來自數百萬年尺度的準周期性時間變化，但后者的成因尚不明晰。

近日，中國科學院南海海洋研究所科研團隊在慢速—超慢速大洋中脊動態洋殼增生機制研究中取得進展。團隊建立了二維洋中脊擴張模型，耦合含水地幔流變參數，系統探討了離軸小尺度地幔對流對洋中脊動態地幔上涌與洋殼增生過程的影響。研究發現，周期性小尺度對流可能在近脊軸處產生并隨板塊遠離。這種對流會間歇性擾動洋中脊地幔上涌，導致熔融通量發生變化，進而產生洋殼厚度準周期性波動。

研究團隊還進行了參數測試，進一步揭示了兩個定量規律。一是地幔含水量越高，其黏度越低，小尺度對流產生間隔越短，且橫向遷移速率越大，洋殼厚度波動周期越短。二是擴張速率越慢，小尺度對流距洋脊越近，對脊軸地幔上涌擾動越強，洋殼厚度波動幅度越大。

該成果在擴張速率控制地幔對流模式的理論框架下，將慢速—超慢速洋殼增生模式的認知從三維提升至四維，闡明了“強時間變化”與“強空間變化”共同導致其洋殼厚度變化幅度較大的動力學機制。同時，這一動態演化模型突破了經典大洋巖石圈靜態冷卻模式，為解釋大洋巖石圈下方廣泛觀測到的富熔體層及軟流圈地震波速異常等現象提供了新視角。

相關成果發表在《地質學》（Geology）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部等的支持。

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