冰岛地幔羽流的衰退与复苏

北大西洋下方的隐秘热源

在冰岛以南的海浪深处，地球内部升起的一柱灼热岩石像缓慢、有节律的喷炬。这一“地幔羽流”构筑了冰岛，并在数千万年间塑造了海底地貌。然而直到现在，科学家们尚不清楚这股羽流是持续燃烧还是会随时间闪烁。通过在大西洋海底钻探并解读古老熔岩中封存的化学线索，本研究表明冰岛羽流曾显著减弱，随后又重获活力，重塑了海底乃至海洋环流的通道。

钻探海洋的过去

为追溯这一深地引擎的历史，研究人员使用钻船JOIDES Resolution从冰岛以南海底的五个地点取回火山岩样。这些钻孔各自穿入百米以上的坚硬岩石，沿一条随板块从大西洋中脊远离移动的路径排列。由于板块以已知速率扩张，距中脊的距离就代表了地壳的年龄，从靠近现今中脊的大约300万年到更远处的大约3200万年不等。一些地点位于由羽流活动形成的宽阔、带长V形隆起与槽地的光滑厚地壳上，而最古老的站点则位于起源尚有争议的粗糙、破裂地壳上。

在凝固熔岩中读出化学指纹

团队测量了玄武岩玻璃边缘中微量元素（例如稀土元素）和钕同位素的微小差异，并结合揭示地壳厚度的现有地震调查资料。这些化学模式像温度计和DNA检测一样指示地幔来源：更热的岩石与强烈的羽流信号通常产生更厚的地壳和在某些元素上富集的熔体，而较冷的普通地幔则形成较薄的地壳和更贫乏的熔岩。通过将钻取岩芯样品与在不同纬度直接从大西洋中脊打捞的熔岩比较，科学家们能够看出羽流在不同时期何处强烈、何处微弱或不存在。

当羽流消退时

最古老的钻探站点约为3200万年，其今位于约60°N附近，这一站点成为关键。其熔岩与位于冰岛“热斑”区外一段遥远中脊的岩石非常相似。它们记录了相对较冷的地幔温度、约6公里的典型地壳厚度，以及没有明显羽流物质的化学指纹。然而该地壳形成于当时推测羽流中心附近。最简单的解释是，曾经庞大的羽流头显著收缩，向冰岛方向撤退，使大部分北大西洋处于普通地幔条件下。海底成像显示，这一时期还出现了向薄、破裂地壳的转变以及主要走滑断层的发育——这些都是下方热源减弱的表面信号。

在脊下的复苏

较年轻的站点年龄约在1400万至300万年之间，位于V形隆起与槽地上，它们讲述了完全不同的故事。其熔岩在某些元素上更为富集，建模显示它们来自更热的地幔——大约比周围热度高出50–100°C不等——并形成更厚的地壳，均为羽流重新影响的明证。模式表明，羽流在崩塌后其影响范围再次扩大，扩张的尾部逐渐使扩张脊向羽流方向迁移。来自冰岛下方的热物质流向并遇到中脊时，产生了额外熔融的脉动，构建了围绕雷克雅内斯脊的V形隆起。微妙的同位素变化也指向羽流内部再循环洋壳与更贫乏地幔成分随时间发生的比例转变。

为何深地脉动重要

这些证据共同表明，冰岛地幔羽流并非一个恒定、不变的热源。相反，它在地质时间上有“呼吸”：在帮助打开北大西洋的初期喷发后，其影响力减弱并在约3200万年前在该地区几近消失，随后在更近的时代再次恢复并增强。这种兴衰模式改变了海底的厚度与结构、断层与脊的布局，并很可能影响到关键海洋通道的深度，从而左右洋流与气候。对非专业读者而言，关键信息是地球深部远比教科书上那种单一“热斑”模型更为动态与多变——通过钻入海底并解码熔岩化学，我们可以重建地幔在数千万年尺度上的“心跳”。

引用: Pearman, C., Tien, CY., White, N. et al. Collapse and resurgence of the Iceland mantle plume. Nat Commun 17, 4104 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71618-2

关键词: 冰岛 地幔羽流, 北大西洋 海底, 地幔 对流, 洋中脊 火山作用, 板块构造