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Research Results

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周怀阳教授在《Nature》杂志发表主题论文(Article)

——对沿用40多年的“地幔羽”假说提出挑战

        质地坚硬,含深色粗粒,手感厚重,摆放在面前的这些采自西南印度洋的橄榄岩,将有望更新并丰富人们对地球内部的认识。同济大学海洋与地球科学学院周怀阳教授作为第一作者,联合美国伍兹霍尔海洋研究所迪克(Henry J. B. Dick)教授共同撰写的论文《支撑马里安隆起亏损地幔的薄洋壳证据》(“Thin crust as evidence for depleted mantle supporting the Marion Rise”),作为主题论文(Article)登上2月14日出版的最新一期国际顶尖学术期刊《自然》(“Nature”)杂志。该论文聚焦西南印度洋底一段绵延3100公里长的隆起地表,通过洋底实际密集采样,发现广泛分布于这一隆起地表的,并非人们通常认为的因高温导致火山岩浆涌出而形成的玄武岩,而是代表地幔的橄榄岩。这一研究成果由此对40多年前外国学者提出并沿用至今的“地幔羽”假说提出了挑战。

周怀阳教授在《Nature》杂志发表主题论文(Article)

周怀阳教授在《Nature》杂志发表主题论文(Article)

  何谓“地幔羽”假说?周教授介绍说,大陆板块内部及板块分离边界(即“洋中脊”)为何有众多隆起,海山因何形成?至今仍没有合理统一的解释。上世纪70年代,摩根(J. Morgan)提出了“地幔羽”假说,认为是发起于壳幔边界的温度的局部异常所导致的大规模岩浆涌出地表,形成了这些隆起或海山。其中最通用的例子是在大西洋洋中脊上的冰岛隆起和在太平洋板块内部的夏威夷海山链。全球的地球化学对比研究似乎也支持这一假说。

  然而,三年前同济教授的一次大洋科考,却有了不同于以往预想的新的发现。2010年1月,周怀阳教授研究团队乘坐我国“大洋一号”科学考察船,在西南印度洋绵延3100公里长、大小与冰岛隆起大致相当的马里安隆起(Marion Rise)东段东经53度洋脊段的地表,运用多波束测深仪进行详细地形测量,并采用拖网、深海电视抓斗等采样设备,从3千多米深的洋底进行密集的地质采样。一批批样品上甲板后,令团队大感意外:“在这一块3200平方公里的区域,我们捕获到的基本上都是类似这样的橄榄岩,而并非原来料想的玄武岩。“这就说明这一段几乎完全缺失洋壳,而是地幔直接出露于地表。”周教授展示着手中一块橄榄岩说道,“这就好比是鸡蛋没有蛋壳,而是蛋白直接裸露在外。”

周怀阳教授在《Nature》杂志发表主题论文(Article)

  论文中也首次展示了美国伍兹霍尔海洋研究所迪克教授及其同事在此之前长达35年期间,沿着西南印度洋洋中脊开展的星星点点取样所积累的地质数据。

  中美学者联手合作,经过细致甄别和论证后认为:马里安隆起的洋壳很薄,十分不均匀;造成马里安隆起的主要原因,并不是人们通常认为的地幔内局部温度异常导致,而是地幔的成分异常,是因缺少一些易熔的金属物质而变得较轻的亏损地幔组成成分在均衡作用下产生了隆起;而地幔的亏损原因则可追溯到1.8亿年前南极板块和非洲板块分离时发生的大规模火山作用或甚至更早的地质历史事件。

  英国剑桥大学麦柯勒伦(J.Maclennan)教授在同期《自然》杂志上撰文对该研究成果进行了评述,认为“如果Zhou和Dick对于来自印度洋洋中脊地质观测的解释是正确的话,那么他们的工作将对我们深入理解地幔具有重要的意义。”

  正如麦柯勒伦教授评述论文中所说的,要想进一步验证周怀阳和Henry Dick教授提出的“有关地幔成分变化是控制洋中脊水深变化主因”的假说,需要在西南印度洋洋中脊进行更广泛的地质取样和地球物理调查工作,开展深海钻探,直接获取地球深部的样品、研究地球内部的真正结构和构造。“这正是今后几年我们研究团队将着力推进的工作。”周教授表示,“我们人类对资源、环境所有的要求都基于对地球的认识,而我们人类对地球内部的认识还十分浅显。实施深海大洋钻探,打穿洋壳,了解真正的地球内部结构和构造,这是全人类的梦想和追求。”

  周怀阳教授长期从事海洋地质和海洋环境科学方面的科研和教学工作,主要研究方向为深海地质地球化学、矿床学和海底原位探测技术等。自2005年起,他就开始在西南印度洋开展地质和热液成矿方面的研究,此论文中的部分数据资料来自于他担任首席科学家的2010年中国大洋矿产资源研究开发协会DY115-21V航段。2012年,周怀阳教授又作为首席科学家承担了国家973项目《西南印度洋洋中脊热液成矿过程与硫化物矿区预测》研究。

  据介绍,这项研究成果得到了中国大洋矿产资源研究开发协会、国家科技部973项目和美国自然科学基金的联合资助。

相关新闻报刊报道:

人民日报:http://sh.people.com.cn/n/2013/0221/c176740-18192975.html

文汇报:http://wenhui.news365.com.cn/ewenhui/whb/html/2013-02/21/content_44.htm

解放日报:http://newspaper.jfdaily.com/jfrb/html/2013-02/21/content_975872.htm

新民晚报:http://xmwb.xinmin.cn/html/2013-02/20/content_7_1.htm

Last Updated (2013-07-16 16:51)

 
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