神秘的大洋板块，悬停在地幔深处上亿年

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来源：环球科学

作者：珍娜·布莱纳（Jeanna Bryner）

图片来源：unsplash+

在太平洋海底深处，科学家发现了一块起源于恐龙崛起时代的大洋板块。这块板块似乎一直处于一种“半下沉”的状态，并且已经在地幔中悬停了至少1.2亿年。

除了揭示地球深处的地质过程外，这块位于410~660千米深、冰冷（相比地幔岩石而言）且致密的岩石板块还可能解释两处巨大地幔团块之间存在的神秘空隙。

相关研究已经发表于《科学·进展》（Science Advances）杂志。英国剑桥大学的地震学家桑内·科塔（Sanne Cottaar，未参与这项研究）表示：“（此次发现）第一次呈现了从地表向下沉降的低温物质是如何影响并改变深层地幔团块的。”

在地球深处，两个大陆级的炽热团块从地球高温的外核上升，进入充满岩石的地幔层。尽管这些团块足有几百千米高、几千千米宽，但科学家却没有办法直接观察到它们，只能通过地震波穿过这些团块时波速的变化来推测它们的位置：地震波穿过这些团块时，波速会减慢，因此它们也被称为“大低剪切速度省”（large low-shear-velocity provinces, LLSVP）。

更为人所熟知、也更大的一处LLSVP位于从红海延伸到莫桑比克的东非大裂谷下方，俗称“非洲团块”（African blob）。在这里，两个构造板块正在缓慢地分离，最终整个大陆可能都将分裂开来。

“东非大裂谷区域是一个鲜活的例子，它向我们展示了由深层地幔团块处上升的地幔柱是如何逐渐撕裂一个大陆的。”科塔说。

图片来源：王静川（CC BY-NC-SA）

科学家仍然无法确定LLSVP如何形成、由什么组成，以及它们是如何影响地球表面的火山活动等事件的。一些研究表明，LLSVP可能是当初创造出月球的那次碰撞的遗留物。科塔表示：“人们一般认为，地幔团块很可能是由俯冲板块推动的。”俯冲板块指的是那些沉入，也就是“俯冲”到另一块板块之下的大洋板块，“而这两处团块被俯冲板块包围了，就好像身处‘墓地’之中。”

美国马里兰大学（University of Maryland）的地质学家王静川和同事对太平洋靠近南美洲海岸的纳斯卡板块（Nazca plate）下方的地幔团块很感兴趣。以往的研究表明，那里似乎存在一种异常结构，将地幔团块分割成了两部分。在最新的研究中，研究人员通过测量穿过地球深处的地震波，发现两个团块的空隙中存在一些寒冷且致密的物质。

“对低温和高地震波速最简单的解释就是这里存在一个俯冲板块，”王静川说，“但这个区域并没有活跃的俯冲活动，而且这块板块似乎已经与表层的地壳分离了。因此，我们认为我们看到的是一块古老的板块。”

王静川的团队描述了两种可能的情景，以解释这块古老的海底板块是如何卡在太平洋地幔团块中间的。第一种可能是在约2.5亿年前，在纳斯卡板块的前身与冈瓦纳超大陆的一部分（后来成为了南美洲）之间，大洋板块边缘一块断裂的碎片开始俯冲。这两大板块间的边界如今形成了全球扩展最迅速的洋中脊——东太平洋海隆（East Pacific Rise）。而另一种可能是，这块下沉的板块在长期的构造重组中，沉降到了纳斯卡板块前身的下方。

虽然过程尚不明确，但这块板块正在以每年约0.5到1厘米的速度缓慢下沉——而如果类似物体卡在此区域的地幔中，下沉速度通常是它的一倍。王静川表示，板块的厚度和这一地幔区域的粘度或许可以解释它如此缓慢的下沉速度。

“我们的发现有助于将过去2.5亿年的板块构造历史与当今的地幔结构联系起来，”王静川说，“这为我们提供了探寻地球复杂过去的线索，特别是发生在地球深处的事，这些过程通常不会在地表留下明显的地质痕迹。”

本文选自《环球科学》2025年02月刊“前沿”栏目。