《科学》研究:黄石火山岩浆输送系统主要受构造力控制,并非深部地幔柱主导

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围绕黄石超级火山下一次喷发的预测,学界长期关注其岩浆迁移通道的运行方式及随时间的演变。尽管黄石火山活动的驱动机制、以及岩浆从地球深部向地表迁移的路径仍存分歧,但一项发表在《科学》杂志的新研究提出证据称,黄石地下岩浆系统的关键控制因素是构造力,而非部分观点所强调的深部地幔柱。

岩浆贮库来源仍存争议

既有地球物理研究显示,黄石存在浅层岩浆贮库,补给来源为软流圈熔体。软流圈是地幔中较为黏稠的区域,位于地表下约80公里处、处在坚硬岩石圈之下。关于熔体如何进入黄石浅部贮库,研究界提出过不同解释:一类观点认为岩浆沿深部地幔柱上涌,另一类则将其归因于较浅层的构造过程。

研究团队指出,黄石系统的一些观测特征使得单一的深部地幔柱解释面临挑战。例如,黄石火山活动呈现“双峰”特征,既产生富硅岩浆,也产生富镁铁岩浆;同时,多项成像结果还显示黄石存在一个倾斜的岩浆输送系统,但其成因此前并不明确。

研究作者在论文中表示,地震与磁电成像均显示,黄石火山口复合体及岩浆贮库通过一个向西南倾斜的输送网络相连,该网络延伸至东蛇河平原下方的最上层软流圈,在那里热软流圈发生部分熔融。该“倾斜的跨岩石圈岩浆输送系统”(TLMPS)在多项观测研究中反复出现,但其地球动力学起源仍待解释。

三维模型指向构造伸展与基底牵引力

为探究TLMPS的形成机制,中国研究人员构建三维地球动力学模型,综合地震、电学、地质观测及地幔动力学信息,通过对应力、变形与熔体路径的刻画,模拟当代黄石岩浆系统。

模拟结果显示,黄石岩浆输送系统主要由岩石圈内的构造力塑造,而非深部地幔柱主导。研究认为,大部分岩浆由倾斜的跨岩石圈输送系统从浅层软流圈被引导至浅部,进而与火山喷发过程相关联。模型同时显示,该倾斜系统由两类因素共同作用形成:一是岩石圈力(与岩石圈密度结构相关的体力),二是基底牵引力,即黏稠软流圈流动对构造板块基底施加的剪切应力。

研究作者称,模型在黄石下方预测到一个向西南倾斜的伸展区,该伸展区由岩石圈体力与向东流动的热软流圈—岩石圈相互作用产生的基底牵引力共同塑造。论文指出,这一倾斜的跨岩石圈变形区与地球物理成像所揭示的黄石TLMPS高度相似,从而支持构造伸展在“从最上层软流圈抽取熔体并将其带至地表”过程中发挥关键作用的结论。

研究人员还表示,这一机制可能对其他火山区具有参考意义,并可为未来喷发预测与火山风险评估提供依据。

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