【中国科技网】我海洋科学家在西太平洋找到接近“地慢柱假说”例证

科技日报记者?王健高?通讯员?王敏
3日13日,记者从betway必威海洋研究所获悉,国际地学期刊Chemical Geology在线刊发了betway必威海洋所张国良课题组最新研究成果,首次揭示了西太平洋卡洛琳脊是一个火山活动形成的洋底高原,综合年代学和地球化学分析结果显示,卡洛琳洋底高原和东部海山链系统形成于同一个来自下地幔的地幔柱。

图1、卡洛琳洋底高源地形、构造单元和采样位置

据介绍,自近半个世纪前“地幔柱假说”被提出后,常被用来解释巨大洋底高原和一系列有年龄序列的海山链成因。这个假说假设一个来自上千公里地幔深部的地幔上涌体,从深部上升到浅部后形成了巨大量的岩浆。地幔柱的启动方式非常类似于一个原子弹的引爆过程,形成洋底高原的地幔柱“头”相当于引爆过程的蘑菇云顶部,形成海山链的地幔柱“尾巴”相当于蘑菇云的颈。如果地幔柱假说成立,那么随着板块构造就一定会出现有空间联系的洋底高原和海山链。因此,为了检验这个假说,就需要证明二者的时空分布符合板块构造运动、且具有共同的源区组成。然而,地球上的海山链和洋底高原大多单独存在,还没有证据显示存在二者成因相连的现象。实际上,除了人们熟知的夏威夷海山链以外,西太平洋还有一个年青的卡洛琳海山链。与夏威夷海山链不同的是,卡洛琳海山链西端连接一个巨大的卡洛琳隆起,直径~600 km。隆起位于马里亚纳岛弧南端、雅浦岛弧以东的三角区,是由东、西卡洛琳脊组成。卡洛琳隆起对西太平洋岛弧系统演化有重要影响,改变了马里亚纳-雅浦岛弧系统的构造演化轨迹,目前正以极低速率(<6 mm/yr)向雅浦海沟汇聚。但是,卡洛琳隆起的地质学性质和形成时代在国际上一直都不清楚。

图2、卡洛琳洋底高原微量元素分布图

张国良研究团队通过“科学”号考察船首次获得了卡洛琳隆起不同部位的拉斑和碱性玄武岩,研究发现这些拉斑玄武岩微量元素与典型的洋底高原玄武岩非常相似,碱性玄武岩在则与东部相连的海山链玄武岩几乎重叠。这些结果首次证明了西太平洋存在一个巨大火山活动形成的卡洛琳洋底高原。研究显示,卡洛琳洋底高原的拉斑玄武岩形成于15-24 Ma之间,明显老于卡洛琳海山链。地球化学分析还显示,这个洋底高原的火山源区与东部卡洛琳海山链可能具有相同来源。目前已经有地球物理和地球化学证据显示,卡洛琳海山链的岩浆来自很深的下地幔。结合本次研究,作者认为卡洛琳高原-海山链系统的时空分布和成因上符合“地幔柱假说”的基本模型,这对进一步证实“地幔柱假说”提供了重要证据。

图3、卡洛琳洋底高原玄武岩同位素组成

图4、卡洛琳洋底高原和海山链年龄展布和Sm/Yb变化图解


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