科研动态 | 我院博士生张魁第在NC上发表学术论文：新俯冲带的启动会关闭老俯冲带

近期，我院博士生张魁第和其导师廖杰教授，联合苏黎世联邦理工学院的Taras Gerya教授，在《Nature Communications》杂志上发表文章：Onset of double subduction controls plate motion reorganisation 。Nature Communications是一区TOP期刊，2023年影响因子为17.694。

         俯冲带是地球构造运动的超级引擎，也被称为地球工厂，消耗的原材料主要是大洋板块，产出的产物主要是地震和火山。如何关闭一个俯冲带，减少地质灾害，成为人类关心的科学问题。自然界中存在着一些双俯冲系统（图1），在相邻区域发育两条俯冲带，二者年龄不同，有老有新；年轻俯冲带的启动可能会抑制、取代年老俯冲带，导致老俯冲带的关闭。

图1： 自然界中的面对面的双俯冲自然实例。在全球范围内，相似的自然实例有三个。

         为了回答新俯冲带的启动是否能关闭老俯冲带这一问题，我院博士生张魁第和其导师廖杰教授，以及苏黎世联邦理工学院的Taras Gerya教授，应用热-力学耦合的地球动力学数值模拟方法，构建了二维地球动力学模型；使用天河二号超算，模拟了在面对面的双俯冲体系中新、老两个俯冲带的相互作用，验证了新俯冲带的启动会关闭老俯冲带（图2）。

图2: 动力学数值模拟揭示新俯冲带取代老俯冲带的动力学过程。（a-d）岩性场演化；（e-h）应力场演化。

         源源不断的俯冲带的起始和发育维持着地球的板块构造运动，塑造了地球繁复多彩的地表地貌。单个俯冲带会经历俯冲起始到成熟（俯冲自维持），再到消亡。俯冲的兴盛和衰弱决定着所在板块运动程度的强弱。然而，对单个俯冲的关注限制了我们对地球俯冲过程全局的了解。利用2D相继发生的面对面双俯冲动力学模拟表明，新、老俯冲带之间的演化存在强烈联系，这表明需要在复杂俯冲系统下重新审视单个俯冲带的动力学过程。

动力学数值模拟结果揭示，年轻俯冲带的启动会吸收板块汇聚力，降低了年老俯冲带的去动力，进而重组板块运动。这表现在老俯冲海沟后撤放缓以及俯冲角度变陡。俯冲系统内部的应力状态以及地幔流场记录了这种俯冲带之间的新老交替。动力学模拟结果很好的对现今三个双俯冲区域的运动学观测以及过去的区域地质重构作出解释，并对未来发展作出预测（图3）。复杂俯冲系统的模拟具有挑战但十分必要。

图3: 动力学模拟结果很好的对现今三个双俯冲区域的运动学观测以及过去的区域地质重构作出解释，并对未来发展作出预测。

        该研究受到广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队“深部地球探测与资源环境”资助，研究成果发表于《Nature Communications》。论文信息：Zhang K, Liao J, Gerya T. Onset of double subduction controls plate motion reorganisation [J]. Nat Commun, 2024, 15(1): 1513.

文稿：张魁第

校稿：廖杰

初审：董一静   黄荣

审核：徐永怡

审核发布：何晓钟