長期以來，熱點隆起的形成被認為與地幔柱活動緊密相關，但對于分布范圍更廣、高度更低的超級隆起成因，學界始終未達成共識。近日，一項發表于《科學進展》（Science Advances）的研究，針對兩類洋底隆起成因提出新見解，為理解地幔柱深部動力學演化與淺表響應帶來新思路。
記者獲悉，該研究由中國科學院院士、中國科學院廣州地球化學研究所研究員徐義剛團隊，聯合西班牙海洋科學研究所教授Jason P. Morgan團隊、美國哈佛大學已故教授W. Jason Morgan共同完成。研究團隊綜合分析天然觀測數據與數值模擬結果，嘗試解讀了洋底隆起寬度隨大洋年齡增長而降低、高度相應增高的趨勢。
為總結洋底熱點隆起特征，在國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目資助下，研究團隊參考既有洋底熱點目錄，統計其寬度和平均高度（移除洋底冷卻沉降效應后）。分析發現，>50 Ma洋底的熱點隆起多呈狹窄高聳狀，<20 Ma洋底的熱點隆起則以寬闊低矮為主。此外，靠近洋中脊區域的熱點隆起會沿與中脊平行方向延伸，長軸高度/寬度小于短軸。這些觀測表明，普通熱點隆起與更寬闊的超級隆起，分別傾向于在古老和年輕大洋板塊上發育。
為探究這一規律背后的動力學機制，團隊成員副研究員劉亮構建了可壓縮型數值模型，模擬地幔柱與不同年齡大洋巖石圈的相互作用。模擬成功再現了熱點隆起規模演化趨勢。結果顯示，普通熱點隆起和超級隆起均可能源于地幔柱與大洋巖石圈相互作用。
研究團隊強調，年輕大洋板塊下存在由洋中脊熔融抽取形成的粘滯殘余“成分巖石圈”。大洋年齡較小時，成分巖石圈厚度顯著大于“熱巖石圈”，且密度與粘度更小。當地幔柱物質上升至淺部，成分巖石圈受縱向擠壓橫向形變，表現為地幔柱周邊局部加厚。隨著大洋年齡降低，巖石圈整體粘度降低，受地幔柱擠壓后的加厚范圍增加，淺表隆起范圍擴大；但因單位時間內上涌地幔柱物質有限，熱點隆起平均高度相應降低。因此，年輕大洋成分巖石圈受地幔柱沖擊后的物質再分布，是超級隆起形成的關鍵因素。
該項研究較好呈現了巖石圈“蓋層”效應，有效展示了熱巖石圈對地幔熔融的限制作用。模擬顯示，地幔柱上升過程中，可在地幔過渡帶、約260公里深度及巖石圈底部發生不同程度滯留，為解讀對應層位地震波不連續界面及大洋巖石圈地震學LAB本質提供新思路。研究還發現，前人對地核熱流通量的估算多基于熱點隆起規模測量，但本研究表明，相同地幔柱體積下熱點隆起規模隨大洋年齡變化，以往估算可能偏差較大。因此，該研究為重新審視地核熱流通量估算方法提供依據。
研究人員指出，該研究不僅為理解地幔柱導致的熱點隆起規模提供新視角，也為探索地幔柱深部動力學演化及淺表響應開辟新思路。通過綜合天然觀測數據與數值模擬結果，研究揭示了地幔柱致巖石圈物質再分布的淺表響應形式，強調了大洋成分巖石圈對地幔柱上涌和地幔熔融的關鍵制約作用。研究進一步表明，地幔柱在大洋板塊下方活動頻率可能高于以往認知，影響范圍可能更廣泛。（來源：中國科學報 朱漢斌 孔令竹）
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.ady1276