科研成果
地幔柱对太平洋海底火山分布的影响
时间：2023年01月10日
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海底火山作用形成的海山是大洋岩石圈深部岩浆活动在浅部的表现，是板内火山作用的最直接证据，也是传统板块构造理论难以解释之处。针对板内海山的形成机制有两种观点，即地幔柱成因和非地幔柱（构造）成因，多年来一直是固体地球科学领域争论的焦点之一，包括哪种机制是将深部地幔物质带至地表的主要因素？分别为地表带来了多少火山喷发量？地幔柱驱动的全地幔对流在板块构造运动、甚至在整个地球动力系统运行的过程中，起到多大的作用？这些问题都是需要运用定量的分析方法，评估大尺度范围内（如整个太平洋）地幔柱和构造活动对板内火山作用的贡献。
自然资源部海底科学重点实验室海底演化与动力过程团队的赵阳慧副研究员、丁巍伟研究员与美国麻省理工学院、英国杜伦大学合作，基于全覆盖的高精度全球高程数据，对太平洋板内海山的空间分布进行了量化分析；尤其是通过运用高斯过程回归方法，对以往被严重忽略的沉积层覆盖之下的不规则海山体积进行了计算，获得了太平洋沉积基底以上的板内火山喷发体积分布更精确的结果（图1）。结果表明，以往工作由于受限于数据质量以及体积计算方法，太平洋板内海山体积被严重低估了75%。
图1 运用高斯过程回归方法重建沉积层覆盖之下的不规则海山地形，精确计算火山等效厚度（Volcanic Equivalent Layer Thickness, VELT），获得沉积基底之上的海底火山喷发体积的平面分布（A）以及大型海山链及活跃热点的分布位置（B）。
与通常认为的地幔柱是将大量岩浆熔融体从地幔深处带至地球表面的主要方式这一传统观点不同，本研究表明，在太平洋板块内部，地幔柱—热点作用对海底火山喷发的贡献并不大。通过对比地幔柱成因和非地幔柱成因（板块成因）的海山体积统计数据显示，地幔柱成因的海山体积总量仅占太平洋所有海山体积总量的18%；并且，不同成因机制的海山体积分布在统计学上区别并不明显（图2）。因此，我们认为太平洋的板内火山作用主要来自于板块构造作用的控制。
图2 （A）太平洋板块不同类型的海山（Cat. 1 – Cat.4）在不同洋壳年龄区间的体积变化。不同类型的海山体积在洋壳年龄～120Ma和>160Ma处均出现峰值，分别对应了夏威夷海山链和散漫分布在中生代太平洋地区的海山群落。（B）不同的热点列表获得的海山体积分布对比。除了夏威夷海山链，包含不同数量的热点海山对地幔柱火山喷发量的分布影响很小。
上述研究成果近期发表在国际权威学术期刊Earth and Planetary Science Letters。本研究得到了国家自然科学基金（No. 41906070, No. 91858214, No. 42025601）和浙江省科技创新领军人才（No. 2019R52034）的资助。
引用：
Yanghui Zhao*, Bryan Riel, Gillian Foulger, Weiwei Ding*. How strongly do plumes influence Pacific seamount distribution? Earth and Planetary Science Letters, Volume 595, 2022, 117786, https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117786.
