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中美发表地质新发现:挑战“地幔羽”假说  

2013-02-25 17:45:29|  分类: 先锋科技 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 质地坚硬、含深色粗粒、手感厚重,采自西南印度洋的橄榄岩有望更新并丰富人们对地球内部的认识。同济大学海洋与地球科学学院周怀阳教授作为第一作者,联合美国伍兹霍尔海洋研究所迪克教授共同撰写的论文《支撑马里安隆起亏损地幔的薄洋壳证据》,作为主题论文日前在国际著名学术期刊《自然》(Nature)杂志刊登。

  论文聚焦西南印度洋底一段绵延3100公里长的隆起地表,通过洋底实际密集采样,发现广泛分布于这一隆起地表的,并非人们通常认为的因高温导致火山岩浆涌出而形成的玄武岩,而是代表地幔的橄榄岩。这一研究成果由此对40多年前外国学者提出并沿用至今的“地幔羽”假说提出了挑战。

  何谓“地幔羽”假说?周怀阳教授介绍说,对于大陆板块内部及板块分离边界为何有众多隆起、海山因何形成等疑问,至今仍没有合理统一的解释。上世纪70年代,摩根提出了“地幔羽”假说,认为是发起于壳幔边界的温度的局部异常所导致的大规模岩浆涌出地表,形成了这些隆起或海山。其中最通用的例子是在大西洋洋中脊上的冰岛隆起和在太平洋板块内部的夏威夷海山链。全球的地球化学对比研究似乎也支持这一假说。

  2010年1月,周怀阳教授研究团队乘坐科学考察船,在西南印度洋绵延3100公里长、大小与冰岛隆起大致相当的马里安隆起东段,东经53度洋脊段的地表,运用多波束测深仪进行详细地形测量,并采用拖网、深海电视抓斗等采样设备,从3000多米深的洋底进行密集的地质采样。一批批样品上甲板后,令团队成员大感意外:在这一块3200平方公里的区域,捕获到的基本上都是类似这样的橄榄岩,而并非原来料想的玄武岩。“这就说明这一段几乎完全缺失洋壳,地幔直接露于地表。”周怀阳说,“这就好比是鸡蛋没有蛋壳,蛋白直接裸露在外。”

  论文中也首次展示了美国伍兹霍尔海洋研究所迪克教授及其同事在此之前长达35年期间,沿着西南印度洋洋中脊开展的星星点点取样所积累的地质数据。

  中美学者联手合作,经过细致甄别和论证后认为:马里安隆起的洋壳很薄,十分不均匀;造成马里安隆起的主要原因,并不是人们通常认为的地幔内局部温度异常导致,而是地幔的成分异常,是因缺少一些易熔的金属物质而变得较轻的亏损地幔组成成分在均衡作用下产生了隆起;而地幔的亏损原因则可追溯到1.8亿年前南极板块和非洲板块分离时发生的大规模火山作用或甚至更早的地质历史事件。

  英国剑桥大学麦柯勒伦教授在同期《自然》杂志上撰文对该研究成果进行了评述,认为“如果周和迪克对于来自印度洋洋中脊地质观测的解释是正确的话,那么他们的工作将对我们深入理解地幔具有重要的意义”。

  这项研究成果得到了中国大洋矿产资源研究开发协会、科技部973项目和美国自然科学基金的联合资助。

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