中國科學家首次揭示南海下部地幔「真面目」

2018年03月10日     3460     檢舉

科技日報青島3月10日(記者王建高通訊員王敏)自古以來,滄海桑田變化的原因一直是人類不斷探索的科學問題。科學家已經認識到南海是由於大陸裂解後形成的深水盆地。但是,南海盆地以下是什麼組成的?歐亞大陸為何裂解?以及南海海盆為何打開?這些一直都是未解的科學問題。

中國科學院海洋研究所於3月10日發布消息稱,3月9日,國際地學刊物Earth and Planetary Science Letters在線發表了第一作者、中國科學院海洋研究所張國良研究員的最新研究成果「Geochemical nature of sub-ridge mantle and opening dynamics of the South China Sea」,報導了國際大洋發現計劃(IODP_349航次)在南海獲得的擴張期洋殼化學組成,首次揭示了南海地幔具有印度洋型特性,且南海的東、西兩個次海盆具有明顯不同的地幔性質,闡明這種特性是來自海南地幔柱和大陸裂解過程中的地殼混入雙重作用的結果,並認為海南地幔柱對南海的打開具有重要推動作用。

在國際大洋鑽探(IODP_349航次)獲得岩芯基礎上,中國科學院海洋研究所張國良團隊主導研究首次利用南海鑽探獲得的岩芯,開展了地球化學研究,首次認識到南海地幔組成與印度洋相似,南海東、西部的地幔組成明顯不同,說明南海下部地幔具有不同的地質演化歷史,該研究認為海南地幔柱對南海張開起到了推動作用。

由於南海底部有一層上千米厚的沉積層,長期以來,南海的基底甚至不為人所知。這就類似臉盆中有一層沙子,如果不撥開沙子,我們無法知道臉盆的硬底材料是什麼。國際大洋發現計劃349航次利用大洋鑽探船,首次在南海鑽透了上千米的沉積層,終於獲得了海盆的「硬底」—玄武岩。這些玄武岩是南海海底擴張時期由於火山作用形成,攜帶了關於南海下部地幔組成的重要信息。

科學家認為我國的海南島下部可能存在一個超深來源的「熱柱」,在地球科學中被稱為地幔柱。這個來自深部的地幔柱具有異常高的溫度和特殊的化學組成,如果地幔柱出現在大陸下部,可能會將大陸「拱」裂,並改變原來地幔的化學組成。如果海南下部真的存在這樣一個「熱柱」,有沒有可能影響到南海打開過程,以及南海下部的地幔組成?這些問題可以從鑽探獲得的玄武岩中得到答案。

通過南海的鑽探玄武岩化學組成,張國良研究團隊認識到:南海東、西兩部分的下部地幔組成差異很大,而且在同位素組成上都屬於印度洋型地幔。為了揭示南海為何存在印度洋型地幔,以及為何兩個次海盆之間存在不同的地幔演化歷史,該團隊模擬了海南地幔柱和大陸下地殼對虧損上地幔組成的影響。結果發現,南海東部的地幔含有「熱柱」組分達40%,而南海西部的地幔含有大陸地殼組分。研究最後提出一個南海初始裂解過程的模型:新生的海南地幔柱(熱柱)在南海打開過程中可能起到了助推作用,海南地幔柱不僅混入到南海下部的地幔,而且可能曾「烘烤」著大陸,並將大陸地殼捲入到南海的地幔中。

該研究論文發表在國際知名刊物《Earth and Planetary Sciences Letters》,本次研究得到國家優秀青年科學基金和青島海洋科學與技術國家實驗室「鰲山人才」計劃項目的支持。

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