近日，南方科技大学海洋科学与工程系林间院士团队联合国内外科学家，在全球第三大洋底高原——西太平洋沙茨基海隆的成因机制研究中取得重要突破，揭示地幔柱与洋中脊相互作用是其形成的主控因素。国际学术期刊Nature Geoscience以“Magmatism of Shatsky Rise controlled by plume–ridge interaction”为题发表该研究成果，并同步发表该成果的研究简报。

      洋底高原为大面积的海底隆起，是地球历史上大规模岩浆与火山活动的产物，对地球气候演变、生物灭绝等事件具有重要影响。长期以来，有关洋底高原的成因机制一直存在争议，“地幔柱模型”认为洋底高原由高温地幔柱引起的大规模岩浆活动形成；而“板块模型”认为洋底高原是在板块扩张诱发下含有异常化学成分的地幔上涌熔融形成的，无需明显的地幔温度异常。

西太平洋的沙茨基海隆，形成于洋中脊三联交叉点，被视为研究洋底高原成因的最佳区域（图1）。研究人员综合分析多学科观测数据，建立了地球动力学和地球化学耦合模型。研究结果表明，只有地幔柱与洋中脊相互作用才能很好地解释研究区的构造岩浆活动特征。

图1 西太平洋沙茨基海隆3D地形图

研究团队同时提出地幔柱与洋中脊相互作用的两阶段模型（图2）。第一阶段，地幔柱头与周围地幔发生强烈混合，洋中脊处发生大规模岩浆活动，岩浆成分与浅部亏损地幔的地球化学特征相似，形成如西南端的大塔穆火山（Tamu）（图2b）。第二阶段，地幔柱尾与周围地幔的混合作用减弱，洋中脊处仍能形成较厚的洋壳，但岩浆成分与深部富集地幔的地球化学特征相似，如东北端的帕帕宁海岭（Papanin Ridge）（图2c），类似现象在地球上其他热点如冰岛、亚速尔和加拉帕戈斯也被发现。

图2 地幔柱-洋中脊相互作用的时空演化模型

本研究对于揭示全球洋底高原的成因、了解地幔柱的时空演化过程具有重要的科学意义。研究成果不仅有助于深化对地球内部地幔过程的理解，还为地球气候演变、板块构造演化等领域提供重要科学见解。

中国科学院南海海洋研究所副研究员张旭博为论文第一作者，南方科技大学林间院士和中国科学院南海海洋研究所张锦昌研究员为论文共同通讯作者。以上研究得到国家自然科学基金项目、广东省自然科学基金项目、中国科学院项目等的联合资助。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41561-023-01286-0

供稿：海洋科学与工程系

通讯员：颜莎

编辑：曾昱雯

主图：丘妍