NG：地幔柱诱发板块旋转可能是触发俯冲起始和启动板块构造的根本原因？( 二 ) 本文转自：中科院地质地球所

重建的～105Ma板块边界的形成没有可行的板块构造相关驱动力：欧亚南部存在许多古生代以来的俯冲带增生的微大陆遗迹，但其发生年代并非105Ma 。地中海中部地区正在进行大陆俯冲和碰撞，但是沿着欧亚大陆南部E-W走向的俯冲动力学过程是否会导致新特提斯洋E-W向的会聚尚不清晰。在新特提斯洋东部，大洋内Woyla弧与Sundaland大陆边缘发生碰撞，导致俯冲极性反转，在Sundaland下方开始向东俯冲，该俯冲带在印度洋/新特提斯洋西部板块边界形成的同时产生了板块拉力（图1c）。然而， Sundaland下方向东的板块拉力无法驱动新特提斯洋的东西向会聚，板块的伸展很可能是印度板块旋转的一种表现，而不是触发因素。因此，该地区仅存的非板块构造板块运动驱动力——地幔柱可能发挥关键作用。印度-马达加斯加大陆裂解被广泛认为与在马达加斯加和印度西南部～94Ma的莫隆达瓦大火成岩省（LIP）形成有关。在初始板块边界形成后～10Myr ，该大火成岩省开始形成。

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图1 新特提斯洋及其周围大陆的板块运动学重建（Van Hinsbergen et al., 2021）
为研究地幔柱与大火成岩省、板块边界形成之间的关系，作者进行地幔柱-岩石圈相互作用的扭矩平衡模拟，对～105Ma时的印度和非洲板块进行了半解析计算，并评估克拉通岩石圈对印度-非洲Euler极点位置的影响（图2）。在没有厚的克拉通岩石圈的实验中，马达加斯加/印度下方的地幔柱的推动导致印度相对于非洲的逆时针旋转，但是欧拉极位于阿拉伯半岛以北（图2a），没有引起新特提斯洋E-W向的汇聚。然而，在存在印度和非洲克拉通厚的岩石圈的实验中，计算的Euler极点位置向南移向印度大陆，沿新特提斯洋大部分板块边界的E-W向汇聚（图2b）。并且，如果地幔柱物质的注入和诱导流动都限制在一个200km厚的弱软流圈层中，则可引发达数百千米的汇聚，这足以诱导自持续的俯冲。

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图2 在有/无克拉通龙骨情况下地幔柱-岩石圈相互作用扭矩平衡建模结果（Van Hinsbergen et al., 2021）
假设其他板块边界没有摩擦阻力，从直径为1000km、密度为30 kgm-3的地幔柱头部获得的上升力约为～1.5×1020N 。如果该力的一半作用在印度板块上，且杠杆臂为4000km ，则对应于3×1026 Nm的扭矩。该扭矩在汇聚边界（长度约5000km ，板厚约100km）处平衡，会产生240MPa的应力，远大于俯冲和下覆板块之间摩擦的阻力。地幔柱诱发的压应力可能增加了先前存在的压应力（特别是由于围绕非洲和印度板块产生的山脊推力），这种额外的压应力可能有助于将欧拉柱进一步向南移动，更接近图1中重建的位置。数值模型表明，在诱发汇聚50～100km以后，自持续俯冲就能开始，相当于约105Ma和～96–92Ma之间印度-非洲旋转约1° 。随后的东倾和西倾俯冲段（图1）可能促成并加速了印度-非洲/阿拉伯旋转，推动了欧拉极向南传播（图2a、图2c）。
此前的数值模拟实验已经表明地幔柱可能触发围绕地幔柱头部的环形俯冲起始（Gerya et al., 2015）。作者通过白垩纪>12000km板块边界的地质记录，进行动力学重建为地幔柱在俯冲带形成过程中的作用提供了首个证据，证明地幔柱上升是俯冲板块边界形成的关键驱动因素。地幔柱也是没有板块构造运动的行星（如火星和金星）的共同特征，这为理解不同的行星演化提供了新的视角。