科技创新动态丨西北大学在地球深部地幔动力学演化研究国际科技合作方面取得重要进展

西北大学与澳大利亚、英国科研机构合作，于伦敦时间2022年3月30日在国际著名期刊 Nature 发表题为“Assembly of the basal mantle structure beneath Africa”的文章。

该文章由我校地质学系Simon Edward Williams教授与澳大利亚卧龙岗大学Nicolas Flament博士和Ömer F. Bodur博士以及英国利兹大学Andrew S. Merdith博士合作发表，Simon Edward Williams教授为第三作者。

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论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04538-y

近年来地球科学家们发现地球下地幔存在两个大型低剪切波速省(LLSVP)，分别位于非洲和太平洋板块底部，距地表约2900km。LLSVP多被认为是地幔柱的源区。地幔柱物质上涌至地表往往会形成巨量火山喷发，比如6500万年前的恐龙灭绝可能与大规模火山喷发有关。此外，LLSVP还控制着金伯利岩的喷发，将钻石从120-150 km（少量可达800 km）的岩石圈地幔携带至地表。自从LLSVP被发现后，地球科学家们先后开展了大量研究工作，但其在漫长的地球历史上如何演化，至今尚无定论。Simon Williams教授与其合作者通过超级计算机模拟了10亿年以来LLSVP的演化，发现LLSVP和超大陆一样，会发生聚合离散，从而提出了一个新的LLSVP演化模型。

非洲底部地幔结构形成过程与地球深部陆壳物质演化的模拟结果

LLSVP与板块构造有着密切联系。一直以来，很多学者认为LLSVP类似于锚点，在数亿年尺度维持相对稳定并通过地幔柱源源不断地将岩浆运送到地表。而地表的板块围绕其做水平运动，并形成一系列火山岛弧。但是，我们知道构造板块和地幔柱会随着时间发生变化，也有研究表明LLSVP的形状是不断变化的。这一最新研究成果发现LLSVP的形状和位置的变化远超学者们早期的预测。实际上，LLSVP和地表的大陆、超大陆一样，会发生汇聚及裂解。这一新的LLSVP演化模型基于板块构造的重建和地幔对流的模拟。当冷的洋壳被俯冲到2000km的深部地幔后，会推动较热的LLSVP发生位置变化。该研究还发现这些LLSVP会随着时间推移汇聚形成超级LLSVP并随后裂解，与超大陆的聚合裂解类似。值得注意的是，该研究的模拟结果发现虽然LLSVP 的形状和位置会发生变化，但其活动仍然与地表火山喷发和金伯利岩形成的时间吻合，这也是LLSVP固定论观点的主要证据。最后，该研究还发现位于非洲板块底部的LLSVP在6000万年前才发生了聚合，比前人推测的时间年轻近10倍。该研究成果的发表对了解深部地幔结构的现状和演化，以及地幔对流性质的研究具有重要意义。

Simon Edward Williams教授，国家级人才项目入选者，是我校地质学系赵国春院士领衔的超大陆研究团队成员，致力于板块运动历史研究，主要通过全球尺度的构造板块重建模型来重建随时间变化的板块绝对运动，以首席科学家身份主持了多次大洋航次项目，收集和解释从大洋深处获得的岩石样品与地球物理观测数据，结合地球物理资料和地质学证据来更好地研究大陆板块在Pangea 超大陆裂解过程中相互运动过程。

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