Nature：地球深部矿物力学特性揭示地球板块构造运动机制

2022年3月9日，美国犹他大学发布最新研究进展，由其研究团队领衔的 . 国际研究小组研究证实通过分析地幔特征矿物立方CaSiO3钙钛矿的力学性质能够有效揭示板块作用机制。相关研究成果发表于近期出版的著名学术期刊Nature。

地表所形成的山脉、火山和地震等都是地球深部过程即板块构造运动的表现。板块运动使位于海洋边缘的旧地壳被推回到大陆壳之下，进入地幔，随着地壳进入地球深部，地壳岩石中的一些矿物质在地幔的高温和压力作用下会发生变化。研究这些矿物的力学特性，有助于认识和理解板块构造运动过程。

研究人员选取新近发现的特征矿物立方CaSiO3钙钛矿为研究对象，其富含于下沉的地壳板块，含量高达30%，而其在地幔的其余部分则很少见。目前研究认为，立方CaSiO3钙钛矿代表了俯冲洋壳的一个主要阶段，它形成于约550km深处的大多数石榴子石。但是，其在高温高压下的流变性却鲜为人知。研究人员通过模拟板块作用过程条件即俯冲板块深度达1200km的典型情况，测量了立方CaSiO3钙钛矿在压力和温度条件下的塑性强度。结果显示，与之前在室温下研究的正方CaSiO3相比，在低地幔温度下，立方CaSiO3钙钛矿表现为一个相对较弱的相。由于其强度和黏度明显低于布氏岩和铁方镁石，这可能使立方型CaSiO3钙钛矿成为最弱的下地幔相。该研究认为，立方CaSiO3钙钛矿控制着俯冲板块的动力学过程。弱的CaSiO3钙钛矿进一步提供了一种将俯冲洋壳与下伏地幔分离的机制。根据分离深度的不同，玄武岩地壳可以在上、下地幔交界处聚集，或下沉到核幔边界。在上、下地幔交界处，立方CaSiO3钙钛矿的存在使得地震观测结果呈现上、下地幔低剪切波速区域；在核幔边界，则可以解释与非洲和太平洋以下大的低剪切波速区域有关的地震异常。

研究人员指出，关于地球内部矿物的性质如何影响地球系统过程，还有待进一步研究。了解其力学特性，可以更好地理解板块是如何在地球内部收缩和活动的，进而能够更好地理解驱动板块构造、从而导致地震和火山爆发的大规模过程。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《气球科学动态监测快报》2022年第07期，张树良 编译。