大塔穆火山 Nature Geoscience：西太平洋大塔穆火山形成机制的新认识 |中科院南海所林间团队张锦昌副研究员与多国科学家合作完成

南海海洋研究所森林小组副研究员张进场与多个国家的科学家合作，通过详细分析最新的海洋磁力测量数据，对西太平洋塔木地块的形成机制有了新的认识。相关结果最近发表在《自然地球科学》杂志上。题目是“tamumasif磁异常暗示的海底扩张形成海洋高原”。

图片:大木火山及其周边地形图和过去识别的磁异常带(一)；塔木地块最新磁异常图(左下)和磁结构反演图(右下)

西太平洋是地球上巨型海底火山最密集的地区，但关于巨型海底火山的形成机制存在很大争议。世界第三个洋底高原沙特斯基海隆就是代表之一。高约4公里，面积约50万平方公里，体积近700万立方公里。Shadski海山主要由几个已经停止活动的巨型海底火山组成(图1)，其中最大的是Tamu Massif。该火山具有时间空分布的连续火山构造，火山顶沉积薄，地磁场分布好，洋壳成熟的特点，具有洋中脊三点的构造背景。是研究巨型海底火山、海洋高原和海洋火成岩省形成机制，验证地幔柱和板块成因假说的天然实验室。

2013年，张进场与美国和日本科学家合作，对高分辨率活动源地震数据、高精度海底地形和海洋钻探岩心数据进行分析，发现大木火山是一座单一的巨型盾状火山，其宽度和面积堪比目前人类已探明的最大火山奥林匹斯火山。因此，得出结论，大木火山是地球上最大的单个火山，这一发现被选为《自然》2013年十大科学新闻。

然而，研究人员一直想知道这座火山是如何形成的。主流地幔柱和板块成因假说都得到大量实际观测证据的支持，但也存在一些矛盾和不一致之处。2015年，张进场作为联合首席科学家，继续与国际科学家合作，带领团队返回大木火山进行海洋调查。这次航行的主要目的是收集高密度的海洋磁力测量数据，以便精细地重建大木火山的演化历史，剖析其形成机制。

经过几年的科学研究，2019年，研究人员成功绘制了最新最详细的tamu地块磁异常图，并反演了火山内部的磁结构(图1)。本研究发现，大木火山具有明显的带状磁异常特征，类似于洋中脊，是海底扩张过程的岩浆产物。这种新的认识挑战了被广泛接受的地幔柱成因假说，因为塔木地块不像地幔柱的预测，因为岩浆在短时间内快速大规模喷发，表现出非线性磁结构。相反，尽管塔木地块有巨大的地壳厚度和超低倾角的火山盾，但岩浆喷发始终局限在洋中脊，并不远离脊的中心流动，形成线性和横向的火山结构。

这一新发现表明，大木火山的地表岩浆作用主要受海底扩张模式控制；考虑到它巨大的体积，它显然不同于全球海洋盆地中许多正常的洋中脊。塔木山体形状为盾状火山，但表面熔岩不大面积远距离扩散，内部结构不垂直叠加。另一方面，大木火山在构造上是洋中脊模式，但地壳超厚，厚度随时间变化较大，说明岩浆供应极不稳定。因此，塔木山既不是典型的盾状火山，也不是典型的洋中脊。也许是混合型的巨型海底火山。这种新型火山是否可以重新定义，地球上最大的单一火山的名称是否仍然准确，需要今后进一步研究。

大木火山的研究成果是许多国家科学家合作的结果。美国休斯顿大学的萨格教授是研究大塔木火山的首席科学家，他和张进场是2015年海洋磁力测量航行的联合首席科学家。塞格、长江大学讲师黄燕明博士、张进场是上述成果论文的合著者。该成果得到了国家重点研发项目(2018YFC0309800)、国家自然科学基金(41606069、41776058、91628301、U1606401)和中国科学院项目(Y4SL021001、QYZDY-SSW-DQC005)的资助。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41561-019-0390-y

图2:塔木地块形成机制、火山脉冲喷发模式(上)和海底扩张模式(下)对比示意图。最新研究结果表明，该火山具有明显的纬向磁异常特征，符合海底扩张模型

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资料来源:南海海洋研究所

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