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数据库慢速-超慢速大洋中脊动态洋壳增生机制研究新进展
近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室林间院士团队在慢速-超慢速大洋中脊动态洋壳增生机制研究方面取得重要进展，相关成果发表于国际地学顶级期刊《Geology》。副研究员查财财为论文第一作者兼通讯作者，林间院士为共同通讯作者，合作者包括自然资源部第二海洋研究所研究员张涛，中国科学院南海海洋研究所研究员徐敏、副研究员张旭博和研究员张帆。
大洋中脊系统是地球最长的海底山脉，绵延6万5千多公里，是地球海洋地壳出生地。此处两个板块背向而行，诱发地幔上涌并减压熔融，形成新洋壳并完成海底扩张。全球洋脊按扩张速率分为快速、中速、慢速和超慢速四类。观测表明，快速扩张洋壳厚度相对均一，而慢速-超慢速洋壳厚度变化极大：既可以无洋壳产出（地幔出露），也可厚达近十公里（图1B）。这种巨大差异既源于岩浆沿脊轴的空间聚集（Lin et al., 1990; Zhang et al., 2024），也来自数百万年尺度的准周期性时间变化（图1C–1D），但后者的成因长期不明。
图1 全球不同扩张速率洋壳的厚度变化特征。（A）全球地形图。（B）展示了洋壳厚度随扩张速率的变化规律。（C–D）展示了洋壳厚度随时间的变化剖面。
本研究建立了二维洋中脊扩张模型，耦合含水地幔流变参数，系统探讨了离轴小尺度地幔对流对洋中脊动态地幔上涌与洋壳增生过程的影响。研究发现：周期性小尺度对流可能在近脊轴处产生并随板块远离，因此间歇性扰动洋中脊地幔上涌，导致熔融通量发生变化，进而产生洋壳厚度准周期性波动。
研究团队进行了大量的参数测试，进一步揭示了两个定量规律：（1）地幔含水量越高，其黏度越低，小尺度对流产生间隔越短，且横向迁移速率越大，洋壳厚度波动周期越短；（2）扩张速率越慢，小尺度对流距洋脊越近，对脊轴地幔上涌扰动越强，洋壳厚度波动幅度越大（图2）。
图2 动力学模型预测的洋壳厚度变化的参数敏感性测试。HSR：半扩张速率；CH2O：地幔含水量；Tp0：初始地幔潜温。
该成果在扩张速率控制地幔对流模式的理论框架下，将慢速-超慢速洋壳增生模式的认识从三维提升到四维，阐明了"强时间变化"与"强空间变化"（Lin & Phipps Morgan, 1992; Choblet & Parmentier, 2001）共同导致其洋壳厚度变化幅度巨大的动力学机制（图3）。此外，这一动态演化模型突破了经典大洋岩石圈静态冷却模式，为解释大洋岩石圈下方广泛观测到的富熔体层及软流圈地震波速异常等现象提供了新视角。
图3 慢速-超慢速洋壳和大洋岩石圈的增生演化模型示意图。沿轴方向的三维聚集效应造成洋脊段尺度的洋壳厚度变化，离轴方向的小尺度地幔对流触发动态地幔上涌造成洋壳厚度的准周期性波动。LSV & HSV分别对应低和高地震波速；HEC对应高电导率。NTD为非转换不连续带（洋脊段边界）。
研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划和广东省自然科学基金项目等联合资助。
文章信息
Zha, C., Lin, J., Zhang, T., Xu, M., Zhang, X., & Zhang, F. (2026). Small-scale convection drives oscillatory crustal formation at slow-spreading ridges. Geology.
原文链接
https://doi.org/10.1130/G54364.1
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中国科学院南海海洋研究所
