我国科学家破解全球数万座海底海山形成之谜

中国科学院地质地球所团队揭示2.7亿年板块俯冲演化规律 全球海底山丘成因获统一解答 6月10日，国际地球科学领域权威学术期刊《自然-地球科学》在线发表了一项关于地球深部动力学过程的重要研究成果。中国科学院地质与地球物理研究所刘丽军研究员团队联合国内外合作者，通过自主构建的高分辨率全球数据同化模型，成功重现了过去2.7亿年间的地球板块俯冲演化轨迹，系统阐明了地幔热柱的活动特征及其对地表地质构造的驱动机制。该研究为理解全球海洋地貌的形成提供了统一的理论框架。 突破观测局限 自主模型还原深部动力学过程 地球内部动力过程的演化具有超长期的时空尺度特征，传统地质观测与数值模拟手段在数据融合与分辨率方面长期面临瓶颈。针对这一科学难题，研究团队创新性地开发了一套高分辨率全球数据同化模型。该模型有效整合了多源地球物理观测数据与地质历史记录，实现了对地壳与上地幔耦合系统的动态重构。借助该模型，科研团队首次实现了过去2.7亿年来全球板块俯冲边界的精细化回溯，清晰刻画了不同构造期次中板块插入地幔的深度、速率及几何形态变化，为深部地球过程研究提供了高保真的数字底板。 地幔热柱活动规律获系统揭示 在明确板块俯冲演化的基础上，研究进一步聚焦于地幔对流深部过程。模拟结果显示，地幔热柱的上升、破裂与沉降并非随机发生，而是与板块俯冲带的深度变化及地幔物质交换存在显著的时空耦合关系。研究团队通过量化分析发现，大型火成岩省的形成、板块运动速率的突变以及全球构造体制的转换，均能在该动力学框架内得到一致性解释。这一发现深化了学界对地球内部热动力循环机制的认识，为理解地球长期气候变迁与大气成分演化提供了深部地球科学依据。 全球海底山丘成因实现理论统一 海洋地质学长期关注海底山丘（海山）的发育机制，但其成因分类多样，学界曾存在板块边界应力控制、热点火山活动及局部地幔对流等多种独立假说。本次研究将海底地形的演化纳入全球板块俯冲与地幔热柱相互作用的综合模型中，揭示了海底山丘的广泛分布并非孤立事件，而是深部地幔热柱上涌与上覆岩石圈发生机械耦合、局部减压熔融共同作用的结果。该理论成功将此前分散的海洋地质观测现象纳入统一的动力学演化序列，为海洋矿产资源分布规律及海底地质灾害风险评估提供了新的科学依据。 此项系统性研究成果不仅标志着我国在深部地球动力学数值模拟领域取得了原创性突破，也为重构全球构造演化历史提供了关键的技术支撑。相关论文已正式发表于国际权威期刊《自然-地球科学》。 超四万座海底山丘成因获破解 我国科研团队揭示地幔热柱统一动力机制 地球海洋深处广袤分布的数万个海底高地究竟如何形成？长期以来，这一地貌演化难题制约着全球海洋地质学的发展。近日，中国科研团队依托国内顶尖算力平台取得重大突破，通过高精度数值模拟精准还原全球地下热柱分布与地幔软流圈热力场，证实分散状与链状海底山丘的诞生均源于地幔深部高温物质的上涌。该成果不仅弥合了传统板块构造理论的解释盲区，更为全球海洋地貌演化研究提供了统一的动力学模型。 △模型重现的现今三维地幔柱结构与地质观测的对比。顶部彩色曲面展示大陆地形，白色区域为大陆架、海山与岛弧等区域。橙红色等温面表示地幔柱。

传统火山链理论遭遇解释瓶颈

海洋地质学研究显示，全球大洋底部散布着超过四万座规模不一的海底山丘。在长期的学术探索中，主流观点多聚焦于“热点-板块”漂移模型。该假说认为，地球深部固定的高温热柱穿透移动的大洋板块，会在岩石圈表面留下连续的火山遗迹，夏威夷-天皇海山链便是其典型实证。然而，实证数据表明，全球严格符合线状分布特征的火山链不足百处，难以涵盖数以万计的孤立海山地貌。这一显著的数据偏差暴露出传统理论的局限性，促使学界重新审视深部地幔动力学对浅表地貌的控制作用。

超级计算破局深部热场模拟难题

为突破传统观测技术的空间限制，研究团队引入先进地球动力学模拟技术，依托天河高性能计算设施对全球地幔对流系统进行全尺度反演。数值实验成功重构了地幔柱的立体空间展布规律，其输出结果与实地地质勘探数据形成高度吻合。模拟进程清晰表明，地壳之下的热异常分布并非随机发生，而是严格受控于深部热物质的聚集阈值与运移路径。计算模型揭示，地幔深区的高温岩浆房在上升过程中会发生复杂的流体动力学分裂，这一微观物理过程直接决定了宏观火山活动的空间格局。

太平洋实证勾勒海山孕育演化图景

以地质活动频繁的太平洋海域为观测窗口，模拟数据进一步阐释了海山群落的演化逻辑。地质历史时期，大量地幔高温物质首先在古板块边界下方富集，形成初期分散状火山活动中心，塑造了海量零散海山。伴随构造板块的持续推移与主热柱的阶段性演化，原始高温体逐渐分化出次级对流分支。这些残留的热力异常长期滞留于软流圈内部，其热状态参数与上覆海山的体积规模呈现显著的正相关关系。热力建模证实，软流圈热异常区实质上是海底高地持续发育的孕育地，为孤立海山的形成提供了稳定的物质与能量供给。

理论革新拓展地球深部探测边界

此项研究成果的系统性验证，标志着海洋地质学在基础理论层面取得关键进展。研究团队构建的统一动力学框架，有效衔接了浅表地貌记录与深部地幔过程，彻底改写了仅以线状火山链解释海底高地成因的传统范式。该发现不仅为全球四万余座海山的形成机制提供了确凿的物理解释，也为后续深海矿产资源勘探、古海洋环境重建及板块构造动力学研究奠定了坚实的理论基础。随着高分辨率地球动力学模拟技术的迭代升级，人类对行星内部热演化规律及地表地貌塑造过程的认知边界将持续拓展。 （总台央视记者 帅俊全 褚尔嘉）