探測捕獲地幔羽流脈動 恐為物種大滅絕關鍵成因
Surveys capture the pulsing of mantle plumes—a potential cause of mass extinctions
27 MAY 2026 12:40 PM ETBYPAUL VOOSEN
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教科書上對地幔羽流的描述——這些從地球深處升起的持久熱岩柱——使它們看起來像巨大的噴燈，從下方穩定地灼燒地殼。但對冰島周圍海床的新研究指出了一種長期爭論的替代方案：地幔羽流實際上更像熔岩燈中上升的液滴，提供間歇性的熱脈衝。
這項工作於本月初在歐洲地球科學聯盟（EGU）全體大會上發表，並於三月發表在《地球化學、地球物理學、地球系統》期刊上，結合了過去五年收集的地震成像和離岸鑽探數據。伯明罕大學地球物理學家史蒂芬·瓊斯在EGU 演講中表示：「這是確鑿證據。」
這些研究還可能幫助解釋一個長期存在的謎題。地幔羽流被認為通過驅動大規模火山爆發，噴出二氧化碳和其他溫室氣體，從而擾亂氣候，導致地球上的多次大規模滅絕。但這類爆發可持續數百萬年，而與滅絕相關的氣候衝擊可能在數千年內發生。脈動式地幔羽流可能驅動更符合氣候劇變的火山活動爆發。
新證據來自於從冰島沿中大西洋海嶺向南延伸的神秘V 形山脊和峽谷——中大西洋海嶺是一個在大西洋地殼分裂處形成的海底山脈。1971 年，當時任美國海軍海洋局地質學家的彼得·沃格特提出，這些較小的山脊是由冰島下方脈動的地幔羽流所造成。當地幔羽流脈動產生的熱波沿地殼底部向南擴散，沿中大西洋海嶺遠離冰島時，它們會周期性地產生較厚的地殼帶。海底擴張隨後將較老的地殼從海嶺軸線兩側向外拉動，留下開口朝向冰島的V 形軌跡。
這個想法幾十年來一直存在爭議，一些地質學家認為這些特徵是由構造斷層引起地殼移動造成的，而非地幔羽流脈動。但兩年前，瓊斯及其同事在美國研究船「馬庫斯·G·朗塞特號」上於冰島西南海岸進行了地震成像活動。他們在山脊上放置了數十台海底地震儀，並向水中發射氣槍，生成穿過地殼傳至感測器的地震波。
調查顯示，山脊下方地殼中波速的顯著、重複變化——因此結構和組成——一直延伸至地幔。這種模式表明，山脊是從熔體的周期性湧動形成的，而非斷層作用，後者會移動而非轉變岩石。「這些是數據的堅實特徵，」瓊斯說，「這無疑是一個熔體供應過程。」
地震數據也回應了對地幔羽流脈動想法的批評：山脊不夠對稱，無法反映從冰島向外輻射的脈動。但瓊斯的團隊在中大西洋海嶺兩側的上地殼中檢測到廣泛的對稱性，這與脈動一致。
大約在同一時間，已退役的美國鑽探船「喬迪斯·Resolution 號」上的研究人員從該地區的山脊 - 峽谷對中回收了火山岩。在三月的論文中，劍橋大學地質學家尼基·懷特及其合著者檢查了岩石的組成，結果顯示山脊是由一個比峽谷中岩石來源溫度高約30°C 的地幔源所形成。額外的熱量足以觸發上地幔的熔融爆發，從而形成山脊較厚的地殼。「V 形山脊伴隨著額外的熱量，」他說，「我們已明確立場。」
冰島南部的V 形山脊，通過由較厚地殼引起的地球重力微妙變化繪製而成，已被與脈動式地幔羽流聯繫起來。
奧斯陸大學海洋地球物理學家斯弗雷·普蘭克表示，這兩組數據相互強烈印證，從地震成像推斷的地殼厚度與懷特的地球化學分析所預測的相匹配。「這是向前邁出的重要一步。」
這些發現可能有助於解釋地幔羽流所驅動的大型火山爆發（有時稱為大火成岩省）如何能快速釋放足以改變氣候的碳量，從而引發滅絕。一團熱地幔撞擊地殼較薄的區域——例如英國西北部的洛克爾海槽——可能就能做到這一點。「這正是我們能快速從大火成岩省產生碳的基本機制，」與瓊斯合作的博士生黑茲爾·奈特在第二次EGU 演講中說。
新圖景還可能幫助解釋古新世 - 始新世極熱事件（PETM），這一事件發生於約5600 萬年前，全球溫度在數千年內急劇上升至少5°C。研究人員長期懷疑北大西洋的火山活動發揮了作用，但一直難以解釋它如何能如此迅速地產生如此多的碳。
奈特及其合著者收集了洛克爾海槽附近海底山丘埃里亞多爾山脊的新地震圖像，該山脊形成於PETM 時期。他們發現了岩漿突然湧動的證據——足以提供「驅動PETM 所需碳的相當大比例」，奈特說。
南安普敦大學地質學家托馬斯·格農表示，脈動地幔羽流釋放的碳可能與北大西洋構造裂縫所觸發的釋放相加。格農在2022 年提出，該裂縫釋放了格陵蘭和歐洲下方岩石中的額外碳。「兩者可以同時發生，」他說。
冰島的脈動地幔羽流可能並非獨一無二；其他地點，如加那利群島和東非阿法爾地區下方，也顯示出類似行為的跡象。但普蘭克補充說，大多數大火成岩省是否都遵循相同的節奏，「是一個不容易解決的辯論。」