Nature：地幔柱导致大陆裂解＊

赵纪东 王艳茹 编译

（中国科学院兰州文献情报中心，兰州 730000）

2014年9月4日，《Nature》发表文章称，法国和瑞士的研究人员首次使用高分辨率3D数值实验模拟了承受张应力的板块与地幔柱间的相互作用，利用快速、强大的计算机以及自编程的稳定算法获得的实验结果表明，若地球表面受张应力作用，其内部的岩浆柱会导致大陆裂解。

“地幔柱”是由来自核幔边界的物质呈柱状上升到地下几百千米处而形成，受坚硬地壳以及岩石圈地幔的阻挡停滞下来，物质流扩展，呈蘑菇状。地质学家认为，地幔柱不仅能形成构造活动区外部的火山，而且能分裂大陆。以 Danakil凹地（Ethiopia－Eritrea－Djibouti三角带内的低地）为例。该“三联点”（triple junction）的构造及火山活动十分活跃。地质学家认为，所谓的阿法尔地幔柱正位于其下方，并在地表形成了裂谷系统，包括红海、亚丁湾以及东非大裂谷。然而，从地质学上讲，这一过程的发生需要极长的时间，没有人能够绝对地肯定或否定地幔柱的应力是大陆解体的原因。

数值实验结果表明，如果构造板块受（弱）张应力作用，那么物质上升流足以引起大陆裂解。地幔柱对板块施加的力实际上很小，不足以使其破裂。实验中使用简单的模型，用地幔柱来冲击无应力板块，结果板块没有破裂，仅形成了圆形凸起。但当地球物理学家用受弱张应力作用的板块来重复同样的实验时，板块却破裂了，形成了一条裂缝以及类似地球上可见的裂谷系统。板块类似绷紧的塑料薄膜，微弱的点应力就足以撕裂薄膜，但如果薄膜不被拉紧，便很难撕裂。

从地质学角度来看，模型中构造变形十分迅速。几千米深、数千千米长的裂谷系统“仅仅”200万年就能形成。因此，模拟过程比实际构造过程（如俯冲作用）快了近10倍，比阿尔卑斯造山运动快了50倍。

长期以来，地幔柱的概念一直备受争议，甚至一些研究者否认地幔柱的存在。因此，研究中需借助较好的逼真模型来模拟各种地质过程，其逼真程度取决于所使用的参数。在该研究中，地幔柱与板块的交互作用模型考虑了物理定律、地壳和地幔的物质特征、温度和压力条件，同时，还结合了演化规律，来共同确定地质时间内二者的相互关系。因此，相比之前有很大进步。