海洋所研究發現青藏高原碰撞誘發太平洋板塊俯沖

  众博棋牌孫衛東研究員课题组发现约五千三百萬年前,印度板块和澳大利亚板块几乎同时与欧亚板块发生硬碰撞,在形成青藏高原的同时,引发了太平洋板块向西北俯冲。論文在线发表在Science Bulletin(《科學通報》)上。 

  板塊構造理論是固體地球科學的基石,與量子力學、相對論、分子生物學一起,被譽爲二十世紀自然科學四大奠基性理論。板塊構造體制起始的關鍵是板塊俯沖起始。但是,迄今爲止,板塊俯沖是如何起始的一直存在爭議,是國際地學界研究熱點。過去幾年,國際大洋發現計劃(IODP)投入數千萬美元,先後開展了4個鑽探航次,航次累計耗時超過8個月,系統研究西太平洋新生代板塊俯沖起始機制。目前得到的結論是,伊豆-小笠原-馬裏亞納俯沖起始屬于自發俯沖起始,即由于洋殼年齡的差異導致密度的差異,進而使古老的洋殼俯沖到年輕的洋殼之下(Arculus et al., 2015; Maunder et al., 2020)。在俯沖板塊的拖曳下,太平洋板塊的漂移方向發生了改變,形成了著名的夏威夷-帝王島鏈大拐彎。 

  孫衛東課題組根據前期提出的“岩漿引擎”假說(孫衛東, 2019),認爲由于板塊密度差引起的自發俯沖應該是先小範圍開始俯沖,再逐漸向兩側擴展。因此,俯沖帶不同部位俯沖起始時間存在明顯的差異。但是,新生代西太平洋板塊年齡差異很大,與不同時代洋殼相關的伊豆小笠原-馬裏亞納海溝、阿留申海溝和湯加-科馬迪克海溝的俯沖啓動時間卻基本相同。這就表明它們不是由于洋殼年齡差異引起的自發俯沖,而是由太平洋板塊的重大變化所觸發的。 

  是什麽地質事件導致了太平洋板塊發生如此巨大的轉變呢? 

     

約5200萬年(52 Ma)西太平洋俯沖帶同時起始俯沖,其略晚于帝王-夏威夷島鏈的轉折時間~5300-5200 萬年,这说明了俯冲起始是诱发导致的;塔斯曼海也在这一时间停止扩张

  爲解決這個問題,課題組對印度板塊、澳大利亞板塊和太平洋板塊的運動速率進行了重建,結果發現在太平洋板塊發生轉向之前,印度板塊和澳大利亞板塊均在太平洋板塊向西俯沖起始前發生了明顯的減速,表明新生代西太平洋板塊俯沖是誘導俯沖。 

  距今約1-5300萬年,印度板块、澳大利亚板块和太平洋板块均向北漂移。此时太平洋板块向北俯冲,与澳大利亚板块之间,藕断丝连,构造关系类似现今的印度板块与澳大利亚板块。后者以印度洋的东经九十度海岭巨型走滑带相连。 

  在約5300萬年前,印度板块、澳大利亚板块均与欧亚板块发生了硬碰撞,漂移速率大幅度降低此時,太平洋板塊向北的漂移未受到阻擋,形成了一個巨大的杠杆,導致了太平洋板塊運動方向的改變,導致新的俯沖。 

  这一发现支持作者提出的“岩浆引擎”假说,老的洋盆碰撞闭合导致邻居洋盆新的板块俯冲,正是板块构造体制得以持续数十億年的关键。这种板块俯冲起始机制为完善板块构造理论提供重要的制约。 

    

   

印度大陸與澳大利亞大陸漂移速率圖。印度大陸在~六千萬年时速率达到最大值,在~5500-5200萬年迅速降低;澳大利亚大陆运动速率在~5300-5000萬年也迅速降低,在~5000萬年时速率接近0;兩大板塊運動速率都迅速降低的時間表明硬碰撞的開始,這可能是導致太平洋板塊運動方向改變的主要驅動力

    

  该研究得到中國科學院先导专项(XDA22050103, XDB42020203)、國家重點研發計劃(2016YFC0600408)等項目聯合資助。 

  論文信息:Weidong Sun, Lipeng Zhang, He Li, Xi Liu. The synchronic Cenozoic subduction initiations in the west Pacific induced by the closure of the Neo-Tethys Ocean. Science Bulletin, 2020.

 

  參考文獻: 

  Arculus, R. J., Ishizuka, O., Bogus, K. A., Gurnis, M., Hickey-Vargas, R., Aljahdali, M. H., Bandini-Maeder, A. N., Barth, A. P., Brandl, P. A., Drab, L., Guerra, R. D., Hamada, M., Jiang, F. Q., Kanayama, K., Kender, S., Kusano, Y., Li, H., Loudin, L. C., Maffione, M., Marsaglia, K. M., McCarthy, A., Meffre, S., Morris, A., Neuhaus, M., Savov, I. P., Sena, C., Tepley, F. J., van der Land, C., Yogodzinski, G. M., and Zhang, Z. H., 2015, A record of spontaneous subduction initiation in the Izu-Bonin-Mariana arc: Nature Geoscience, v. 8, no. 9, p. 728-733. 

  Maunder, B., Prytulak, J., Goes, S., and Reagan, M., 2020, Rapid subduction initiation and magmatism in the Western Pacific driven by internal vertical forces: Nature communications, v. 11, no. 1, p. 1874-1874. 

  孫衛東, 2019, “岩漿引擎”與板塊運動驅動力: 科學通報, v. 64, no. 28-29, p. 2988-3006. 


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