9月18日，記者從中國(guó)科學(xué)院海洋研究所獲悉，該研究所孫衛(wèi)東研究員課題組發(fā)現(xiàn)約五千三百萬年前，印度板塊和澳大利亞板塊幾乎同時(shí)與歐亞板塊發(fā)生硬碰撞，在形成青藏高原的同時(shí)，引發(fā)太平洋板塊向西北俯沖。研究結(jié)果近日在線發(fā)表在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Science Bulletin(《科學(xué)通報(bào)》)上。

板塊構(gòu)造理論是固體地球科學(xué)的基石，與量子力學(xué)、相對(duì)論、分子生物學(xué)一起，被譽(yù)為二十世紀(jì)自然科學(xué)四大奠基性理論。板塊構(gòu)造體制起始的關(guān)鍵是板塊俯沖起始。但是，迄今為止，板塊俯沖是如何起始的一直存在爭(zhēng)議，是國(guó)際地學(xué)界研究熱點(diǎn)。過去幾年，國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃(IODP)投入數(shù)千萬美元，先后開展了4個(gè)鉆探航次，航次累計(jì)耗時(shí)超過8個(gè)月，系統(tǒng)研究西太平洋新生代板塊俯沖起始機(jī)制。目前得到的結(jié)論是，伊豆-小笠原-馬里亞納俯沖起始屬于自發(fā)俯沖起始，即由于洋殼年齡的差異導(dǎo)致密度的差異，進(jìn)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(fā)生了改變，形成了著名的夏威夷-帝王島鏈大拐彎。

孫衛(wèi)東課題組根據(jù)前期提出的“巖漿引擎”假說(孫衛(wèi)東, 2019)，認(rèn)為由于板塊密度差引起的自發(fā)俯沖應(yīng)該是先小范圍開始俯沖，再逐漸向兩側(cè)擴(kuò)展。因此，俯沖帶不同部位俯沖起始時(shí)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(shí)代洋殼相關(guān)的伊豆小笠原-馬里亞納海溝、阿留申海溝和湯加-科馬迪克海溝的俯沖啟動(dòng)時(shí)間卻基本相同(圖1)。這就表明它們不是由于洋殼年齡差異引起的自發(fā)俯沖，而是由太平洋板塊的重大變化所觸發(fā)的。

是什么地質(zhì)事件導(dǎo)致了太平洋板塊發(fā)生如此巨大的轉(zhuǎn)變呢?

為了解決這個(gè)問題，課題組對(duì)印度板塊、澳大利亞板塊和太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)速率進(jìn)行了重建，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在太平洋板塊發(fā)生轉(zhuǎn)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(fā)生了明顯的減速，表明新生代西太平洋板塊俯沖是誘導(dǎo)俯沖。

距今約1億-5300萬年，印度板塊、澳大利亞板塊和太平洋板塊均向北漂移。此時(shí)太平洋板塊向北俯沖，與澳大利亞板塊之間，藕斷絲連，構(gòu)造關(guān)系類似現(xiàn)今的印度板塊與澳大利亞板塊。后者以印度洋的東經(jīng)九十度海嶺巨型走滑帶相連。

在約5300萬年前，印度板塊、澳大利亞板塊均與歐亞板塊發(fā)生了硬碰撞，漂移速率大幅度降低(圖2)。此時(shí)，太平洋板塊向北的漂移未受到阻擋，形成了一個(gè)巨大的杠桿，導(dǎo)致了太平洋板塊運(yùn)動(dòng)方向的改變，導(dǎo)致新的俯沖。

這一發(fā)現(xiàn)支持作者提出的“巖漿引擎”假說，老的洋盆碰撞閉合導(dǎo)致鄰居洋盆新的板塊俯沖，正是板塊構(gòu)造體制得以持續(xù)數(shù)十億年的關(guān)鍵。這種板塊俯沖起始機(jī)制為完善板塊構(gòu)造理論提供了重要的制約。

圖1 ~5200萬年(52 Ma)西太平洋俯沖帶同時(shí)起始俯沖，其略晚于帝王-夏威夷島鏈的轉(zhuǎn)折時(shí)間~5300-5200 萬年，這說明了俯沖起始是誘發(fā)導(dǎo)致的;塔斯曼海也在這一時(shí)間停止擴(kuò)張。

圖2 印度大陸與澳大利亞大陸漂移速率圖。

印度大陸在~六千萬年時(shí)速率達(dá)到最大值，在~5500-5200萬年迅速降低;澳大利亞大陸運(yùn)動(dòng)速率在~5300-5000萬年也迅速降低，在~5000萬年時(shí)速率接近0;兩大板塊運(yùn)動(dòng)速率都迅速降低的時(shí)間表明硬碰撞的開始，這可能是導(dǎo)致太平洋板塊運(yùn)動(dòng)方向改變的主要驅(qū)動(dòng)力。(記者 王健高 )