同濟教授挑戰“地幔羽”假說

人類生活在地球上，卻對“地底下”的認識十分淺顯。

根據地球板塊學說，地球表面像被分為一個個板塊，包括大陸和洋底，它們一直在做非常緩慢的漂移運動。長久以來，地球科學家們一直被一個基本問題困擾著：和陸地上的山峰相應，大海的海底表面也是群峰迭起。但這些海山和海底隆起的成因是什么？

美國科學家摩根約40年前提出的“地幔羽”假說給出了一種解答，但也引發了地球科學領域最大的爭論。今年2月14日，國際頂級期刊《自然》雜志刊發了由同濟大學海洋與地球科學學院教授周懷陽和美國海茲霍爾海洋研究所迪克（HenryJ.B.Dick）教授聯合發表的論文，對“地幔羽”假說提出了有力挑戰。

“蛋清裸露”有悖傳統理論

地球的內部構造有點像雞蛋：最外層的地殼較薄，地殼之下由外向里分別為地幔和地核。它們的分層結構分別像雞蛋的蛋殼、蛋清和蛋黃。

根據摩根的“地幔羽”假說，海山和隆起的形成，其成因主要是地幔內部溫度的局部異常，造成大規模巖漿涌出地表。這些隆起和海山，代表了較厚的地殼或洋殼。

作為這一假說的有力支撐，最通用的例子就是大西洋洋中脊上的冰島隆起和在太平洋板塊內部的夏威夷山鏈。不僅如此，全球地理化學的對比研究似乎也為這一假說提供了一些佐證。

但周懷陽在《自然》雜志中提出了他的新發現。這篇題為《支撐馬里安隆起虧損地幔的薄洋殼證明》的文章介紹，在南印度洋海底的西南印度洋山脊上，綿延著3100公里長的一段隆起，它叫做“馬里安隆起”。馬里安隆起和冰島隆起的面積大致相當。如按照“地幔羽”說法，海洋隆起通常與地幔熱點和變厚的地殼有關，說明它們是地幔中的熱異常造成的。

2010年9月，當周懷陽乘坐“大洋一號”科考船抵達馬里安隆起東段53°E洋脊時，發現這里有一塊約3200平方公里大小的區域幾乎完全缺失洋殼，地幔直接露出在地表上。形象地說，雞蛋蛋殼不見了，蛋清直接裸露在表面。

經過現場樣本打撈和仔細的甄別研究后，周懷陽發現，造成馬里安隆起的原因根本不是地幔內部的溫度異常，而是地幔的成分異常。根據他的解釋，是較輕的虧損地幔在均衡作用下產生了隆起，而地幔的虧損原因則可追溯到1.8億年前南極板塊和非洲板塊分離時發生的大規模火山作用或更早的地質歷史事件。

進一步研究需要地球深部樣品

周懷陽告訴記者，光這篇論文的研究和寫作，就用了整整三年。但他特別提及，文章的順利發表還有一個重要的原因：論文第二作者迪克教授提供了西南印度洋山脊的很多背景數據。光這些數據的采集和資料積累，迪克就花費了35年的時間。

“如果周懷陽和迪克對于來自印度洋洋中脊地址觀測的解釋是正確的話，那么他們的工作將對我們深入理解地幔具有重要的意義。”英國劍橋大學教授麥柯勒倫在同期《自然》雜志上專門撰文評述了這篇論文。

根據周懷陽的研究，海底隆起和海山的成因，地幔內部的溫度異常可能已經不是主要原因。但一些學者表示，要進一步論證地幔成分異常是控制洋中脊深度變化主因的理論，還需要作進一步的地質取樣和地球物理調查工作。

周懷陽說，進一步的科研考察，很大程度上將依賴于深海鉆探，從而直接獲取地球深部的樣品，這樣才能更全面地研究地球內部的構造。

摘自2013年2月21日《文匯報》