本站讯 6月10日，中国海洋大学海底科学与探测技术教育重点实验室李三忠教授、戴黎明教授团队联合中国科学院地质与地球物理研究所朱日祥院士、刘丽军研究员团队等，在国际知名期刊Nature Geoscience（《自然·地球科学》）在线发表题为“Deep mantle plume origin of oceanic intraplate volcanism”（大洋板内火山作用的深部地幔柱起源）的研究论文。该研究建立了地幔柱与全球海底数万座海山之间的联系。
最新探测数据表明，全球大洋板块内散乱分布着多达四万余座海山，几乎遍及各个海域。按照传统的热点假说，来自地核顶部的高温地幔柱会在移动的板块下方引发岩石的熔融，从而形成诸如夏威夷群岛那样的海底火山长链。然而，满足这些特征的海山链数量有限，仅有50多个。由此可见，热点模型与海山的数量规模、空间分布特征存在显著不匹配。由此衍生出一个关键科学问题：全球众多海山是否均由热点与地幔柱活动所造就？若存在成因关联，有限的热点规模又如何才能解释全球海山的广泛分布？
截至目前，针对全球海山成因问题，国际学界提出了多种起源假说，主要可分为：岩石圈底部小尺度对流模型、边缘驱动软流圈对流模型、剪切驱动地幔上涌流模型、俯冲大洋板块挠曲破裂作用、地幔上涌形成次级地幔柱模型等。然而，上述模型大多为概念模型或表征模型，其与深部地幔真实演化过程的关系尚无定论。
图1 模型重现的现今三维地幔柱结构与地质观测的对比。顶部彩色曲面展示大陆地形，白色区域代表大陆架、海山与岛弧等区域。橙红色等温面表示地幔柱；灰白色等温面显示300km以深的俯冲板片。
图2 地幔柱导致的软流圈热异常与实际海山的出现具有显著的时空关联。（a-f）颜色表示不同时期的软流圈温度异常。绿色散点为真实海山的古诞生位置，详见图例。（g）全球已探明海山的位置与高度。（h）实测海山高度与海山正下方现今模拟温度异常的对应关系；红线为温度异常均值，黑线为线性拟合曲线。（i）各个海山高度下模拟温度异常的概率分布。
近期，中国海洋大学与中国科学院地质与地球物理研究所的研究团队联合多家单位借助最新完善的高分辨率全球数据同化模型，基于中国海洋大学李三忠教授团队的全球微板块重建方案（2023年刘金平博士发表于Geophysical Research Letters），准确再现了2.7亿年以来的全球俯冲历史，并在此基础上对全球地幔柱的时空演化进行了模拟分析。该模型不仅合理复现了大部分现今观测到的热点位置和软流圈的热结构，还成功预测了关键热点（如夏威夷）所对应的深部地幔柱的时空演化（图1）。该四维模型揭示出：无论是呈线状延伸、排列整齐的海山链，还是零散分布的孤立海山，其形成和演化均与核幔边界形成的地幔柱上涌所带来的软流圈热物质活动密切相关（图2），从而为全球的海山成因提供了一个统一的物理框架。
以太平洋区域为例，在地幔柱上涌的早期，大量的地幔柱热物质积蓄在年轻的太平洋板块下方，形成大范围的软流圈热异常，这与被称为西太平洋海山省的零散海山出现具有明确的时空对应关系。在随后的演化过程中，地幔柱可以从下地幔的根部或地幔过渡带的中部分裂出更多的地幔柱，从而形成次级地幔柱。这进一步增加了浅部热点的数量，也为形成更多的海山链提供了条件。这类热物质长期留存于软流圈内部，并随着地幔对流逐渐运移和扩散，该残余热异常的模拟温度与同位置处观测到的海山高度呈显著的线性关联（图2），从而揭示了这些软流圈热异常能够孕育出大量零散分布的小型海山，证明这些热异常区域代表着海山孕育区。
该研究的第一作者为中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室李三忠教授（第二通讯作者）与中国科学院地质地球物理研究所刘丽军研究员（第一通讯作者）联合培养的中国海洋大学博士生董昊，现为中国科学院地质地球物理研究所博士后。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项B类、国家自然科学基金、中国博士后科学基金会等项目的资助。模拟工作基于国家超级计算天津中心新一代天河超级计算机完成。
此外，《自然·地球科学》编辑部还邀请了国际知名学者夏威夷大学Garrett Apuzen-Ito教授于News & Views栏目对该项研究成果予以评述。
文：丁文雁
文章链接：https://www.nature.com/articles/ s41561-026-02006-0
编辑：赵奚赟
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