地大新闻网讯（记者 王俊芳）夏威夷火山群岛是地球表面最活跃的火山区域之一，一直是学界探索地球深部奥秘的重要窗口。近日，我校地球物理与空间信息学院特任教授刘浩及其合作者揭示了夏威夷双火山岛链的形成机制，并提出大型地震波低速省（LLVPs）内部结构及流变性质的新模型，为认识地球深部热化学演化提供了新的理论依据。相关成果以《富含布里奇曼石的原始地幔块体驱动夏威夷双火山岛链形成》为题，发表于国际知名期刊《自然·通讯》。
地幔柱理论是现代地球动力学的重要理论之一，经典地幔柱模型认为，地球深部的地幔柱持续向上涌动，推动地表形成一条具有年龄递进特征的火山轨迹，也就是单一的火山岛链，夏威夷—皇帝海山链正是这一理论的经典代表。
然而，现实的地质现象与这一认知不符：过去约500万至700万年间，夏威夷却形成了两条近平行的火山链，分别为Loa和Kea火山链，并在地球化学组成和地球物理性质上表现出显著差异。科研人员猜测，这一异常现象和地球深部大型地震波低速省（LLVPs）的内部结构和物质组成息息相关，但始终没有确凿的理论模型能够完整解释背后的机制。
针对这一难题，研究团队建立了三维热化学地幔柱数值模型，并结合高温高压矿物物理计算，还原了地球深部的地质活动过程，找到了关键答案。
研究发现，从地球深部低速省向上涌动的地幔柱，会不断裹挟、卷吸深部一种特殊的古老地幔物质——富含布里奇曼石的高黏度原始地幔块体（BPMBs）。这种特殊物质不会均匀分散，而是会优先聚集在火山链Loa一侧，让地幔柱形成明显的成分不对称结构（图1）。同时，这类古老地幔物质黏度极高，在运动过程中会产生更强的热量，使Loa一侧地幔柱温度显著高于Kea一侧。正是这种“物质分布不均+两侧温差显著”的双重效应，造成Loa和Kea双火山链之间在同位素组成、温度、熔体通量和地震波速度等方面的观测差异。
研究团队进一步结合地球化学、地球物理观测与数值模拟，对高黏度原始地幔块体（BPMBs）的黏度进行估算，团队通过精准模拟与测算，将其黏度精准锁定为普通地幔的10至30倍，大幅缩小了估算误差，为研究地球深部物质特性提供了精准的量化依据。
图1 LLVPs内离散分布的BPMBs控制双火山岛链形成以及大火成岩省的周期性喷发。
此外，研究团队还有一项重要发现：这类古老的原始地幔块体并非夏威夷海域独有，而是广泛零散分布在全球地球深部低速省区域内。它们是地球诞生早期、远古岩浆洋凝固后残留下来的“原始地球物质”，堪称地球的“远古记忆载体”。这些古老物质的活动，不仅造就了夏威夷双火山链，还深刻影响着全球火山分布、大型岩浆岩区域的周期性喷发等重大地质现象。
该研究不仅提出了夏威夷双火山岛链形成的新机制，为认识地球深部结构和物质组成提供了新的地球动力学依据，更搭建起全新的研究框架——科学家可以通过观测地表火山活动，反向推演地球深部的演化过程，为探索地球数十亿年的深部热化学演化历史提供了全新思路。
该研究由刘浩特任教授担任论文第一作者与通讯作者，中国科学技术大学冷伟教授为共同通讯作者，研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。（审稿 陈华文）
