Nature：地幔柱導致大陸裂解＊

趙紀東 王艷茹 編譯

（中國科學院蘭州文獻情報中心，蘭州 730000）

2014年9月4日，《Nature》發表文章稱，法國和瑞士的研究人員首次使用高分辨率3D數值實驗模擬了承受張應力的板塊與地幔柱間的相互作用，利用快速、強大的計算機以及自編程的穩定算法獲得的實驗結果表明，若地球表面受張應力作用，其內部的巖漿柱會導致大陸裂解。

“地幔柱”是由來自核幔邊界的物質呈柱狀上升到地下幾百千米處而形成，受堅硬地殼以及巖石圈地幔的阻擋停滯下來，物質流擴展，呈蘑菇狀。地質學家認為，地幔柱不僅能形成構造活動區外部的火山，而且能分裂大陸。以 Danakil凹地（Ethiopia－Eritrea－Djibouti三角帶內的低地）為例。該“三聯點”（triple junction）的構造及火山活動十分活躍。地質學家認為，所謂的阿法爾地幔柱正位于其下方，并在地表形成了裂谷系統，包括紅海、亞丁灣以及東非大裂谷。然而，從地質學上講，這一過程的發生需要極長的時間，沒有人能夠絕對地肯定或否定地幔柱的應力是大陸解體的原因。

數值實驗結果表明，如果構造板塊受（弱）張應力作用，那么物質上升流足以引起大陸裂解。地幔柱對板塊施加的力實際上很小，不足以使其破裂。實驗中使用簡單的模型，用地幔柱來沖擊無應力板塊，結果板塊沒有破裂，僅形成了圓形凸起。但當地球物理學家用受弱張應力作用的板塊來重復同樣的實驗時，板塊卻破裂了，形成了一條裂縫以及類似地球上可見的裂谷系統。板塊類似繃緊的塑料薄膜，微弱的點應力就足以撕裂薄膜，但如果薄膜不被拉緊，便很難撕裂。

從地質學角度來看，模型中構造變形十分迅速。幾千米深、數千千米長的裂谷系統“僅僅”200萬年就能形成。因此，模擬過程比實際構造過程（如俯沖作用）快了近10倍，比阿爾卑斯造山運動快了50倍。

長期以來，地幔柱的概念一直備受爭議，甚至一些研究者否認地幔柱的存在。因此，研究中需借助較好的逼真模型來模擬各種地質過程，其逼真程度取決于所使用的參數。在該研究中，地幔柱與板塊的交互作用模型考慮了物理定律、地殼和地幔的物質特征、溫度和壓力條件，同時，還結合了演化規律，來共同確定地質時間內二者的相互關系。因此，相比之前有很大進步。