中國科學(xué)院海洋研究所孫衛(wèi)東研究員課題組發(fā)現(xiàn)約五千三百萬年前，印度板塊和澳大利亞板塊幾乎同時(shí)與歐亞板塊發(fā)生硬碰撞，在形成青藏高原的同時(shí)，引發(fā)了太平洋板塊向西北俯沖。論文在線發(fā)表在Science Bulletin（《科學(xué)通報(bào)》）上。
板塊構(gòu)造理論是固體地球科學(xué)的基石，與量子力學(xué)、相對論、分子生物學(xué)一起，被譽(yù)為二十世紀(jì)自然科學(xué)四大奠基性理論。板塊構(gòu)造體制起始的關(guān)鍵是板塊俯沖起始。但是，迄今為止，板塊俯沖是如何起始的一直存在爭議，是國際地學(xué)界研究熱點(diǎn)。過去幾年，國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃(IODP)投入數(shù)千萬美元，先后開展了4個(gè)鉆探航次，航次累計(jì)耗時(shí)超過8個(gè)月，系統(tǒng)研究西太平洋新生代板塊俯沖起始機(jī)制。目前得到的結(jié)論是，伊豆-小笠原-馬里亞納俯沖起始屬于自發(fā)俯沖起始，即由于洋殼年齡的差異導(dǎo)致密度的差異，進(jìn)而使古老的洋殼俯沖到年輕的洋殼之下(Arculus et al., 2015; Maunder et al., 2020)。在俯沖板塊的拖曳下，太平洋板塊的漂移方向發(fā)生了改變，形成了著名的夏威夷-帝王島鏈大拐彎。
孫衛(wèi)東課題組根據(jù)前期提出的“巖漿引擎”假說(孫衛(wèi)東, 2019)，認(rèn)為由于板塊密度差引起的自發(fā)俯沖應(yīng)該是先小范圍開始俯沖，再逐漸向兩側(cè)擴(kuò)展。因此，俯沖帶不同部位俯沖起始時(shí)間存在明顯的差異。但是，新生代西太平洋板塊年齡差異很大，與不同時(shí)代洋殼相關(guān)的伊豆小笠原-馬里亞納海溝、阿留申海溝和湯加-科馬迪克海溝的俯沖啟動時(shí)間卻基本相同。這就表明它們不是由于洋殼年齡差異引起的自發(fā)俯沖，而是由太平洋板塊的重大變化所觸發(fā)的。
是什么地質(zhì)事件導(dǎo)致了太平洋板塊發(fā)生如此巨大的轉(zhuǎn)變呢？
約5200萬年(52 Ma)西太平洋俯沖帶同時(shí)起始俯沖，其略晚于帝王-夏威夷島鏈的轉(zhuǎn)折時(shí)間~5300-5200 萬年，這說明了俯沖起始是誘發(fā)導(dǎo)致的；塔斯曼海也在這一時(shí)間停止擴(kuò)張
為解決這個(gè)問題，課題組對印度板塊、澳大利亞板塊和太平洋板塊的運(yùn)動速率進(jìn)行了重建，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在太平洋板塊發(fā)生轉(zhuǎn)向之前，印度板塊和澳大利亞板塊均在太平洋板塊向西俯沖起始前發(fā)生了明顯的減速，表明新生代西太平洋板塊俯沖是誘導(dǎo)俯沖。
距今約1億-5300萬年，印度板塊、澳大利亞板塊和太平洋板塊均向北漂移。此時(shí)太平洋板塊向北俯沖，與澳大利亞板塊之間，藕斷絲連，構(gòu)造關(guān)系類似現(xiàn)今的印度板塊與澳大利亞板塊。后者以印度洋的東經(jīng)九十度海嶺巨型走滑帶相連。
在約5300萬年前，印度板塊、澳大利亞板塊均與歐亞板塊發(fā)生了硬碰撞，漂移速率大幅度降低。此時(shí)，太平洋板塊向北的漂移未受到阻擋，形成了一個(gè)巨大的杠桿，導(dǎo)致了太平洋板塊運(yùn)動方向的改變，導(dǎo)致新的俯沖。
這一發(fā)現(xiàn)支持作者提出的“巖漿引擎”假說，老的洋盆碰撞閉合導(dǎo)致鄰居洋盆新的板塊俯沖，正是板塊構(gòu)造體制得以持續(xù)數(shù)十億年的關(guān)鍵。這種板塊俯沖起始機(jī)制為完善板塊構(gòu)造理論提供重要的制約。
印度大陸與澳大利亞大陸漂移速率圖。印度大陸在~六千萬年時(shí)速率達(dá)到最大值，在~5500-5200萬年迅速降低；澳大利亞大陸運(yùn)動速率在~5300-5000萬年也迅速降低，在~5000萬年時(shí)速率接近0；兩大板塊運(yùn)動速率都迅速降低的時(shí)間表明硬碰撞的開始，這可能是導(dǎo)致太平洋板塊運(yùn)動方向改變的主要驅(qū)動力
該研究得到中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)（XDA22050103, XDB42020203）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFC0600408）等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
論文信息：Weidong Sun, Lipeng Zhang, He Li, Xi Liu. The synchronic Cenozoic subduction initiations in the west Pacific induced by the closure of the Neo-Tethys Ocean. Science Bulletin, 2020.
參考文獻(xiàn)：
Arculus, R. J., Ishizuka, O., Bogus, K. A., Gurnis, M., Hickey-Vargas, R., Aljahdali, M. H., Bandini-Maeder, A. N., Barth, A. P., Brandl, P. A., Drab, L., Guerra, R. D., Hamada, M., Jiang, F. Q., Kanayama, K., Kender, S., Kusano, Y., Li, H., Loudin, L. C., Maffione, M., Marsaglia, K. M., McCarthy, A., Meffre, S., Morris, A., Neuhaus, M., Savov, I. P., Sena, C., Tepley, F. J., van der Land, C., Yogodzinski, G. M., and Zhang, Z. H., 2015, A record of spontaneous subduction initiation in the Izu-Bonin-Mariana arc: Nature Geoscience, v. 8, no. 9, p. 728-733.
Maunder, B., Prytulak, J., Goes, S., and Reagan, M., 2020, Rapid subduction initiation and magmatism in the Western Pacific driven by internal vertical forces: Nature communications, v. 11, no. 1, p. 1874-1874.
孫衛(wèi)東, 2019, “巖漿引擎”與板塊運(yùn)動驅(qū)動力: 科學(xué)通報(bào), v. 64, no. 28-29, p. 2988-3006.
