2023年12月1日，“高原生长与演化”任务“青藏高原不同地块的隆升过程与动力学机制”专题研究团队，在国际著名学术期刊《自然通讯》（Nature Communications）在线发表论文“Vertical tearing of subducting plates controlled by geometry and rheology of oceanic plates”。该论文第一作者为浙江大学博士研究生陈亚光，通讯作者为浙江大学求是特聘教授陈汉林博士、苏黎世联邦理工学院刘明启博士和Taras Gerya教授。该论文提出了俯冲板块垂向撕裂的新机制。

俯冲板块的垂向撕裂以剪切型（Mode-III）为主，是调节侧向非均匀俯冲的主要变形过程之一（图1）。但这种垂向撕裂的动力学过程前人的观点认为，俯冲板块垂向撕裂的形成需要岩石圈尺度的异常条带（如正浮力地体或薄弱带）参与俯冲，如纳斯卡海岭（Nazca ridge）或奥罗斯科断裂带（Orozco fracture zone）的俯冲导致的撕裂（图1）。然而，在完整的俯冲板块内部也发育有垂向撕裂且至今仍在活动，如俯冲的太平洋板块在阿留申-勘察加海沟和马里亚纳海沟之下的垂向撕裂。因此，需要一种新的机制来解释垂向撕裂的形成与传播。观察发现，垂向撕裂往往发生在俯冲带-转换断层的过渡区域，即海沟被转换断层错开（海沟位错），俯冲板块的这一特殊几何形态（海沟位错）很可能与垂向撕裂的形成与传播存在联系。

该论文通过高分辨率的三维热力学数值模拟方法，系统地研究了垂向撕裂的形成和传播过程，以及海沟位错长度和俯冲板块的流变强度（大洋板块年龄和脆性应变弱化程度）对俯冲大洋板块垂向撕裂的形成与传播的影响。结果表明：垂向撕裂是一种自持的地球动力学过程，形成后如果条件不变，便可持续稳定传播；海沟位错这一几何形态可以诱导垂向撕裂的形成，并保证其稳定传播（对比图2a 和 b）；俯冲板块的流变学强度则影响了产生垂向撕裂所需的临界海沟位错长度（图2c, d）；脆性应变弱化程度决定了脆、韧性变形的相对强弱，既改变了垂向撕裂产生的过程，也影响了地表海沟的深度分布。这些发现为垂向撕裂的演化提供了新的见解，也为俯冲板块分离的动力学过程研究做出了贡献。

图2. 不同参数的模型结果对比。（a）参考模型结果；（b）更小的海沟位错；（c）更老的俯冲板块年龄；（d）更弱的应变弱化。子图中，上方为俯冲板块的几何形态，左下为粘滞度图，右下为地形叠加地壳速度图。ITO：initial trench offset（初始海沟位错长度）。

论文信息：Chen, Y., Chen, H. *, Liu, M. *, Gerya, T. *. Vertical tearing of subducting plates controlled by geometry and rheology of oceanic plates. Nature Communications 14, 7931 (2023).

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43804-z