科技日報(bào)記者 都芃
洋中脊是海底擴(kuò)張和板塊運(yùn)動(dòng)在地球表面留下的最為壯觀的痕跡之一，它們綿延于海底深處，宛如一條條“山脈”。通過對(duì)洋中脊進(jìn)行科學(xué)研究，科學(xué)家可以窺探地球深部的大量秘密。
加克洋中脊是世界上擴(kuò)張速率最慢的洋中脊，但由于常年被海冰覆蓋，關(guān)于加克洋中脊的研究幾近空白。8月22日，記者從自然資源部第二海洋研究所獲悉，中國工程院院士李家彪科研團(tuán)隊(duì)在加克洋中脊研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果在《自然》雜志在線發(fā)表。
陸地山脈多由板塊擠壓形成，與之相反的是，洋中脊形成于板塊拉張。在那里，灼熱的巖漿由地幔上涌，冷卻后形成新的洋殼。新生的洋殼擠壓洋中脊兩邊已有的地殼，不斷向外擴(kuò)張，并最終在板塊邊界俯沖回地幔。洋殼就在這一過程中循環(huán)往復(fù)、生生不息?？茖W(xué)家根據(jù)洋中脊的擴(kuò)張速率和巖漿供給量不同，將其劃分為快速、中速、慢速和超慢速四種主要類型。其中，超慢速擴(kuò)張洋中脊以西南印度洋中脊和北極的加克洋中脊最為典型。
傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，全球海洋板塊擴(kuò)張導(dǎo)致擴(kuò)張中心（即洋中脊）下的地幔被拖曳著向上運(yùn)動(dòng)，即被動(dòng)地幔上涌模式。根據(jù)此模式，在超慢速擴(kuò)張洋中脊區(qū)域，由于擴(kuò)張速率變慢，單位擴(kuò)張距離內(nèi)巖石圈的冷卻時(shí)間增長，因此擴(kuò)張中心變冷，巖漿較少，相應(yīng)的地殼厚度也較小。由此理論出發(fā)，擴(kuò)張速率最慢的加克洋中脊，一直被認(rèn)為其地殼厚度應(yīng)接近為零。然而，由于此處常年為海冰覆蓋，用來確定地殼厚度的海底地震勘探難以開展，關(guān)于加克洋中脊深部地殼結(jié)構(gòu)的研究一直止步不前。
在中國第12次北極科學(xué)考察加克洋中脊深部探測計(jì)劃航次中，借助全面自主研發(fā)的國產(chǎn)冰下海底地震儀、海底大地電磁儀、短基線定位系統(tǒng)、電視抓斗、自治機(jī)器人等關(guān)鍵技術(shù)裝備，考察隊(duì)形成系列冰區(qū)海底探測方法及作業(yè)規(guī)范，43臺(tái)地震儀回收42臺(tái)，6臺(tái)大地電磁儀回收5臺(tái)，回收率高達(dá)97.7%，打破了北極高緯密集冰區(qū)無法開展海底地震勘探的“魔咒”。
經(jīng)過此次研究，科研人員發(fā)現(xiàn)，在加克洋中脊有世界上最厚的海洋地殼（約9公里），且具有超強(qiáng)的時(shí)空變化。這一發(fā)現(xiàn)徹底顛覆了加克洋中脊厚度應(yīng)接近為零的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。結(jié)合歷史觀測，科研人員認(rèn)為，這并非偶然特例，而是超慢速擴(kuò)張洋中脊所固有的特質(zhì)。這也是全球首次通過冰下地震陣列探測發(fā)現(xiàn)加克洋中脊的地殼厚度具有超強(qiáng)的時(shí)空變化。
數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)一步表明，在超慢速擴(kuò)張洋中脊，巖漿活動(dòng)主要受到主動(dòng)上涌的控制，且主動(dòng)上涌對(duì)地幔的溫度和組分非常敏感，因此導(dǎo)致了超大變化的巖漿活動(dòng)。此次研究發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了國際上關(guān)于加克洋中脊深部地殼結(jié)構(gòu)的研究空白，也從理論上重新審視了熱液硫化物形成的物質(zhì)基礎(chǔ)和資源前景，將為全球海底資源研究、勘探與開發(fā)帶來全新格局。
