近日，國際地學期刊《化學地質學》在線刊發了中國科學院海洋研究所張國良課題組最新研究成果，首次揭示了西太平洋卡洛琳脊是一個火山活動形成的洋底高原，綜合年代學和地球化學分析結果顯示，卡洛琳洋底高原和東部海山鏈系統形成於同一個來自下地幔的地幔柱。
自近半個世紀前“地幔柱假說”被提出後，常被用來解釋巨大洋底高原和一系列有年齡序列的海山鏈成因。這個假說假設一個來自上千公里地幔深部的地幔上湧體，從深部上升到淺部後形成了巨大量的岩漿。地幔柱的啟動方式非常類似於一個原子彈的引爆過程，形成洋底高原的地幔柱“頭”相當於引爆過程的蘑菇雲頂部，形成海山鏈的地幔柱“尾巴”相當於蘑菇雲的頸。如果地幔柱假說成立，那麼隨著板塊構造就一定會出現有空間聯繫的洋底高原和海山鏈。因此，為了檢驗這個假說，就需要證明二者的時空分佈符合板塊構造運動、且具有共同的源區組成。然而，地球上的海山鏈和洋底高原大多單獨存在，還沒有證據顯示存在二者成因相連的現象。
卡洛琳海山鏈西端連接一個巨大的卡洛琳隆起，直徑約600千米。隆起位於馬里亞納島弧南端、雅浦島弧以東的三角區，是由東、西卡洛琳脊組成。卡洛琳隆起對西太平洋島弧系統演化有重要影響，改變了馬里亞納-雅浦島弧系統的構造演化軌跡，目前正以小於6毫米/年的極低速率向雅浦海溝匯聚。但是，卡洛琳隆起的地質學性質和形成時代在國際上一直都不清楚。
張國良研究團隊通過“科學”號考察船首次獲得了卡洛琳隆起不同部位的拉斑和鹼性玄武岩，研究發現，這些拉斑玄武岩微量元素與典型的洋底高原玄武岩非常相似，鹼性玄武岩在則與東部相連的海山鏈玄武岩幾乎重疊。這些結果首次證明了西太平洋存在一個巨大火山活動形成的卡洛琳洋底高原。
研究顯示，卡洛琳洋底高原的拉斑玄武岩形成於1500-2400萬年之間，明顯老於卡洛琳海山鏈。地球化學分析還顯示，這個洋底高原的火山源區與東部卡洛琳海山鏈可能具有相同來源。目前已經有地球物理和地球化學證據顯示，卡洛琳海山鏈的岩漿來自很深的下地幔。結合本次研究，作者認為卡洛琳高原-海山鏈系統的時空分佈和成因上符合“地幔柱假說”的基本模型，這對進一步證實“地幔柱假說”提供了重要證據。（廖洋 王敏）
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119566
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關鍵字: 2019未來科學大獎 地質 洋底
