我科學家研究發現青藏高原碰撞誘發太平洋板塊俯衝

9月18日，記者從中國科學院海洋研究所獲悉，該研究所孫衛東研究員課題組發現約五千三百萬年前，印度板塊和澳大利亞板塊幾乎同時與歐亞板塊發生硬碰撞，在形成青藏高原的同時，引發太平洋板塊向西北俯衝。研究結果近日在線發表在權威學術期刊Science Bulletin（《科學通報》）上。

板塊構造理論是固體地球科學的基石，與量子力學、相對論、分子生物學一起，被譽為二十世紀自然科學四大奠基性理論。板塊構造體制起始的關鍵是板塊俯衝起始。但是，迄今為止，板塊俯衝是如何起始的一直存在爭議，是國際地學界研究熱點。過去幾年，國際大洋發現計劃(IODP)投入數千萬美元，先後開展了4個鑽探航次，航次累計耗時超過8個月，系統研究西太平洋新生代板塊俯衝起始機制。目前得到的結論是，伊豆-小笠原-馬里亞納俯衝起始屬於自發俯衝起始，即由於洋殼年齡的差異導緻密度的差異，進而使古老的洋殼俯衝到年輕的洋殼之下(Arculus et al., 2015; Maunder et al., 2020)。在俯衝板塊的拖曳下，太平洋板塊的漂移方向發生了改變，形成了著名的夏威夷-帝王島鏈大拐彎。

孫衛東課題組根據前期提出的“岩漿引擎”假說(孫衛東, 2019)，認為由於板塊密度差引起的自發俯衝應該是先小範圍開始俯衝，再逐漸向兩側擴展。因此，俯衝帶不同部位俯衝起始時間存在明顯的差異。但是，新生代西太平洋板塊年齡差異很大，與不同時代洋殼相關的伊豆小笠原-馬里亞納海溝、阿留申海溝和湯加-科馬迪克海溝的俯衝啟動時間卻基本相同（圖1）。這就表明它們不是由於洋殼年齡差異引起的自發俯衝，而是由太平洋板塊的重大變化所觸發的。

是什麼地質事件導致了太平洋板塊發生如此巨大的轉變呢？

為了解決這個問題，課題組對印度板塊、澳大利亞板塊和太平洋板塊的運動速率進行了重建，結果發現在太平洋板塊發生轉向之前，印度板塊和澳大利亞板塊均在太平洋板塊向西俯衝起始前發生了明顯的減速，表明新生代西太平洋板塊俯衝是誘導俯衝。

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。此時太平洋板塊向北俯衝，與澳大利亞板塊之間，藕斷絲連，構造關係類似現今的印度板塊與澳大利亞板塊。後者以印度洋的東經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生了硬碰撞，漂移速率大幅度降低（圖2）。此時，太平洋板塊向北的漂移未受到阻擋，形成了一個巨大的槓桿，導致了太平洋板塊運動方向的改變，導致新的俯衝。

這一發現支持作者提出的“岩漿引擎”假說，老的洋盆碰撞閉合導致鄰居洋盆新的板塊俯衝，正是板塊構造體製得以持續數十億年的關鍵。這種板塊俯衝起始機製為完善板塊構造理論提供了重要的制約。

印度大陸在~六千萬年時速率達到最大值，在~5500-5200萬年迅速降低；澳大利亞大陸運動速率在~5300-5000萬年也迅速降低，在~5000萬年時速率接近0；兩大板塊運動速率都迅速降低的時間表明硬碰撞的開始，這可能是導致太平洋板塊運動方向改變的主要驅動力。