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新发现挑战沿用40多年的“地幔羽”假说 |
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橄榄岩背后的地球秘密 |
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■本报记者 肖洁 黄辛
质地坚硬，含深色粗粒，手感厚重，这些其貌不扬的橄榄岩，采自3000多米水深的西南印度洋底。
近日，《中国科学报》记者走进同济大学海洋与地球科学学院教授周怀阳的办公室，听他讲述这些宝贝石头背后的地球秘密。
正是这些一般人看来很普通的橄榄岩，帮助周怀阳和他的合作者，挑战了学界沿用40多年的“地幔羽”假说，从而有望帮助人类厘清地球各大板块边界隆起之谜。
隆起是“热”出来的？
上世纪50～60年代确立的“板块构造学”理论，从根本上改变了人们对地球内部运动的认识。然而，对板块内部及板块分离边界（洋中脊）上众多隆起或海山的成因，科学家们没有找到合理统一的解释。
约40年前，摩根提出了“地幔羽”假说，认为是发源于核幔边界上的地幔内部温度局部异常导致大规模岩浆涌出地表，从而形成了这些隆起或海山。隆起或海山代表较厚的地壳或洋壳，其中最通用的例子是在大西洋洋中脊上的冰岛隆起和在太平洋板块内部的夏威夷海山链。全球的地球化学对比研究似乎也支持这一假说。
隆起的热成因说在上世纪80年代晚期占据了主导地位。大多数科学家都确信地幔温度变化对地形隆起的重要性，换言之，大家普遍认为洋中脊水深的变化由下伏地幔的温度变化控制。
大洋科考的意外收获
然而，3年前的一次大洋科考，却给周怀阳带来了新发现。
当时是2010年1月，周怀阳和他的团队乘坐我国“大洋一号”科考船，在西南印度洋绵延3100公里长、大小与冰岛隆起大致相当的马里安隆起东段东经53度洋脊段的地表，运用多波束测深仪进行地形测量，并采用拖网、深海电视抓斗等采样设备，从3000多米深的洋底进行密集的地质采样。
一批批样品拉到甲板上后，周怀阳和他的团队大感意外。
“在这一块3200平方公里的区域，我们捕获到的基本上都是类似这样的橄榄岩，而并非原来料想的玄武岩。”周怀阳说。
他展示着手中一块橄榄岩解释道：“这就说明这一段几乎完全缺失洋壳，而是地幔直接出露于地表。这就好比鸡蛋没有蛋壳，蛋白直接裸露在外。”
这种缺乏岩浆的现象，导致了对于马里安隆起热成因的质疑。因为若是热成因，洋脊下的地壳厚度大约会是3到6公里。
航次结束后，周怀阳随即与美国伍兹霍尔海洋研究所的亨利·迪克教授等人展开了合作研究。通过对此次科考样品以及迪克多年来对马里安隆起积累的取样数据进行分析，他们对马里安隆起的成因提出了新看法。
“马里安隆起的洋壳很薄，十分不均匀；造成马里安隆起的主要原因，并不是人们通常认为的地幔内局部温度异常，而是地幔的成分异常，是因缺少一些易熔的金属物质而变得较轻的亏损地幔组成成分在均衡作用下产生了隆起。而地幔的亏损原因，则可追溯到1.8亿年前南极板块和非洲板块分离时发生的大规模火山作用，甚至是更早的地质历史事件。”周怀阳说。
期待“深度”了解地球内部
周怀阳等人的相关研究论文，最终于今年2月14日发表于《自然》杂志。英国剑桥大学教授麦柯勒伦在同期杂志上撰文，对该研究进行评述，文章指出：“如果周和迪克对来自印度洋洋中脊地质观测的解释正确的话，那么他们的工作将对我们深入理解地幔具有重要意义。”
不过，正如麦柯勒伦所说，要想进一步验证周怀阳和迪克提出的“有关地幔成分变化是控制洋中脊水深变化主因”的假说，需要在西南印度洋洋中脊进行更广泛的地质取样和地球物理调查工作。
“这正是今后几年我们研究团队将着力推进的工作。”周怀阳表示，“人类对资源、环境所有的要求都基于对地球的认识，而我们对地球内部的认识还十分浅显。实施深海大洋钻探，打穿洋壳，直接获取地球深部的样品，了解真正的地球内部结构和构造，这是全人类的梦想和追求。”
《中国科学报》 (2013-02-28 第4版 综合)
