2023年12月1日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》（Nature Communications）上在線(xiàn)發(fā)表了地球科學(xué)學(xué)院構(gòu)造地質(zhì)學(xué)科陳漢林教授團(tuán)隊(duì)和國(guó)際合作者關(guān)于俯沖板塊垂向撕裂控制機(jī)制的最新研究成果。該成果對(duì)揭示匯聚板塊邊界地質(zhì)與地貌特征的空間差異性和分段性具有極其重要的科學(xué)意義。論文的第一作者為學(xué)院博士研究生陳亞光，通訊作者為學(xué)院陳漢林教授、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院劉明啟博士和Taras Gerya教授。

俯沖板塊撕裂可以發(fā)生在板塊匯聚的各個(gè)階段，是匯聚板塊邊界極為重要的深部地質(zhì)過(guò)程。俯沖板塊撕裂會(huì)引起強(qiáng)烈的淺部地質(zhì)響應(yīng)，如青藏高原南北走向裂谷的形成和青藏高原東、西部的差異。關(guān)于俯沖板塊垂向撕裂，前人普遍認(rèn)為其形成需要巖石圈尺度的不均一條帶（如正浮力地體或薄弱帶）參與俯沖。然而，這無(wú)法解釋在均一俯沖板塊內(nèi)部發(fā)生的持續(xù)板塊垂向撕裂，如俯沖的太平洋板塊在阿留申-勘察加海溝和馬里亞納海溝之下的垂向撕裂（圖1）。因此，亟需一種新的機(jī)制來(lái)解釋垂向撕裂的形成與傳播。

圖1 俯沖板塊剪切型垂向撕裂的全球分布

該研究成果通過(guò)高分辨率的三維熱力學(xué)數(shù)值模擬方法，系統(tǒng)地研究了俯沖板塊垂向撕裂的形成和傳播過(guò)程，揭示了海溝位錯(cuò)長(zhǎng)度和俯沖板塊的流變強(qiáng)度（大洋板塊年齡和脆性應(yīng)變?nèi)趸潭龋?duì)俯沖大洋板塊垂向撕裂與傳播的影響。研究表明：垂向撕裂是一種自持續(xù)的地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程，形成后如果條件不變，便可持續(xù)穩(wěn)定傳播；足夠大的海溝位錯(cuò)（200km以上）可以觸發(fā)垂向撕裂，并使其穩(wěn)定傳播（圖2a，b）；俯沖板塊的流變學(xué)強(qiáng)度則影響了產(chǎn)生垂向撕裂所需的臨界海溝位錯(cuò)長(zhǎng)度（圖2c, d）；脆性應(yīng)變?nèi)趸潭葲Q定了脆、韌性變形的相對(duì)強(qiáng)弱，既改變了垂向撕裂產(chǎn)生的過(guò)程，也影響了地表海溝的深度分布。這些發(fā)現(xiàn)為俯沖板塊垂向撕裂的形成和演化提供了新機(jī)制，推動(dòng)了板塊撕裂的動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究。

圖2 不同參數(shù)的模型結(jié)果對(duì)比。（a）參考模型結(jié)果；（b）更小的海溝位錯(cuò)；（c）更老的俯沖板塊年齡；（d）更弱的應(yīng)變?nèi)趸?。各圖中，上方為俯沖板塊的幾何形態(tài)圖，左下為粘滯度圖，右下為地形疊加地殼速度圖。ITO：Initial Trench Offset（初始海溝位錯(cuò)長(zhǎng)度）。

該研究獲得第二次青藏高原綜合科學(xué)考察項(xiàng)目（2019QZKK0708）和國(guó)家自然科學(xué)基金企業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新基金（U22B6002）的資助。

論文詳見(jiàn)：Chen, Y., Chen, H. *, Liu, M. *, Gerya, T. *. Vertical tearing of subducting plates controlled by geometry and rheology of oceanic plates. Nature Communications 14, 7931 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43804-z