南海海洋研究所森林小組副研究員張進(jìn)場(chǎng)與多個(gè)國(guó)家的科學(xué)家合作，通過詳細(xì)分析最新的海洋磁力測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)西太平洋塔木地塊的形成機(jī)制有了新的認(rèn)識(shí)。相關(guān)結(jié)果最近發(fā)表在《自然地球科學(xué)》雜志上。題目是“tamumasif磁異常暗示的海底擴(kuò)張形成海洋高原”。

圖片:大木火山及其周邊地形圖和過去識(shí)別的磁異常帶(一)；塔木地塊最新磁異常圖(左下)和磁結(jié)構(gòu)反演圖(右下)

西太平洋是地球上巨型海底火山最密集的地區(qū)，但關(guān)于巨型海底火山的形成機(jī)制存在很大爭(zhēng)議。世界第三個(gè)洋底高原沙特斯基海隆就是代表之一。高約4公里，面積約50萬平方公里，體積近700萬立方公里。Shadski海山主要由幾個(gè)已經(jīng)停止活動(dòng)的巨型海底火山組成(圖1)，其中最大的是Tamu Massif。該火山具有時(shí)間空分布的連續(xù)火山構(gòu)造，火山頂沉積薄，地磁場(chǎng)分布好，洋殼成熟的特點(diǎn)，具有洋中脊三點(diǎn)的構(gòu)造背景。是研究巨型海底火山、海洋高原和海洋火成巖省形成機(jī)制，驗(yàn)證地幔柱和板塊成因假說的天然實(shí)驗(yàn)室。

2013年，張進(jìn)場(chǎng)與美國(guó)和日本科學(xué)家合作，對(duì)高分辨率活動(dòng)源地震數(shù)據(jù)、高精度海底地形和海洋鉆探巖心數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大木火山是一座單一的巨型盾狀火山，其寬度和面積堪比目前人類已探明的最大火山奧林匹斯火山。因此，得出結(jié)論，大木火山是地球上最大的單個(gè)火山，這一發(fā)現(xiàn)被選為《自然》2013年十大科學(xué)新聞。

然而，研究人員一直想知道這座火山是如何形成的。主流地幔柱和板塊成因假說都得到大量實(shí)際觀測(cè)證據(jù)的支持，但也存在一些矛盾和不一致之處。2015年，張進(jìn)場(chǎng)作為聯(lián)合首席科學(xué)家，繼續(xù)與國(guó)際科學(xué)家合作，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)返回大木火山進(jìn)行海洋調(diào)查。這次航行的主要目的是收集高密度的海洋磁力測(cè)量數(shù)據(jù)，以便精細(xì)地重建大木火山的演化歷史，剖析其形成機(jī)制。

經(jīng)過幾年的科學(xué)研究，2019年，研究人員成功繪制了最新最詳細(xì)的tamu地塊磁異常圖，并反演了火山內(nèi)部的磁結(jié)構(gòu)(圖1)。本研究發(fā)現(xiàn)，大木火山具有明顯的帶狀磁異常特征，類似于洋中脊，是海底擴(kuò)張過程的巖漿產(chǎn)物。這種新的認(rèn)識(shí)挑戰(zhàn)了被廣泛接受的地幔柱成因假說，因?yàn)樗镜貕K不像地幔柱的預(yù)測(cè)，因?yàn)閹r漿在短時(shí)間內(nèi)快速大規(guī)模噴發(fā)，表現(xiàn)出非線性磁結(jié)構(gòu)。相反，盡管塔木地塊有巨大的地殼厚度和超低傾角的火山盾，但巖漿噴發(fā)始終局限在洋中脊，并不遠(yuǎn)離脊的中心流動(dòng)，形成線性和橫向的火山結(jié)構(gòu)。

這一新發(fā)現(xiàn)表明，大木火山的地表巖漿作用主要受海底擴(kuò)張模式控制；考慮到它巨大的體積，它顯然不同于全球海洋盆地中許多正常的洋中脊。塔木山體形狀為盾狀火山，但表面熔巖不大面積遠(yuǎn)距離擴(kuò)散，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不垂直疊加。另一方面，大木火山在構(gòu)造上是洋中脊模式，但地殼超厚，厚度隨時(shí)間變化較大，說明巖漿供應(yīng)極不穩(wěn)定。因此，塔木山既不是典型的盾狀火山，也不是典型的洋中脊。也許是混合型的巨型海底火山。這種新型火山是否可以重新定義，地球上最大的單一火山的名稱是否仍然準(zhǔn)確，需要今后進(jìn)一步研究。

大木火山的研究成果是許多國(guó)家科學(xué)家合作的結(jié)果。美國(guó)休斯頓大學(xué)的薩格教授是研究大塔木火山的首席科學(xué)家，他和張進(jìn)場(chǎng)是2015年海洋磁力測(cè)量航行的聯(lián)合首席科學(xué)家。塞格、長(zhǎng)江大學(xué)講師黃燕明博士、張進(jìn)場(chǎng)是上述成果論文的合著者。該成果得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2018YFC0309800)、國(guó)家自然科學(xué)基金(41606069、41776058、91628301、U1606401)和中國(guó)科學(xué)院項(xiàng)目(Y4SL021001、QYZDY-SSW-DQC005)的資助。

相關(guān)論文信息:https://www.nature.com/articles/s41561-019-0390-y

圖2:塔木地塊形成機(jī)制、火山脈沖噴發(fā)模式(上)和海底擴(kuò)張模式(下)對(duì)比示意圖。最新研究結(jié)果表明，該火山具有明顯的緯向磁異常特征，符合海底擴(kuò)張模型

點(diǎn)擊左下角的“閱讀原文”

資料來源:南海海洋研究所

轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明資料來源和海洋圈的排列