冰岛南部雷克雅内斯海岭两侧同期形成的V形山脊和洼地的地球化学分析

冰岛地幔柱通过热扰动形成北大西洋海底V形地形，三次钻探揭示不同脊谷玄武岩存在系统性化学差异，熔融比例变化与25-30℃温度梯度相关。

　　

摘要

人们认识到地幔柱在引发区域性抬升和产生大量玄武岩岩浆活动中起着直接作用，这两者都可能影响古气候。位于北大西洋下方的冰岛地幔柱尤为重要，因为它规模庞大且处于一个重要的古海洋学通道上。该地幔柱被一个中洋脊系统穿过，这个系统形成了环绕冰岛南部雷克雅内斯海岭的一系列V形海岭和海槽。这些不同时期形成的地质结构的起源存在争议：它们是地幔柱内部热波动的体现，还是由于地幔物质成分的变化所导致的？为了解决这些问题及其他假设，国际海洋发现计划（IODP）进行了三次钻探探险，从这些V形海岭和海槽中采集了玄武岩岩芯。通过对来自不同海岭和海槽的50个全岩样本进行岩石学和地球化学分析，我们发现主要元素、微量元素及稀土元素浓度存在系统性的差异。通过基于多压分馏熔融过程的正向和逆向建模，我们解释了这些地球化学变化，认为这些变化可以由不同深度下熔融物质比例的变化来解释。研究结果表明，较冷的海槽与较热的海岭之间的温度差异（约25–30℃）起着主导作用。我们得出结论，钻探获得的玄武岩岩石揭示了可识别的温度变化过程，这有助于阐明该地幔柱内部的流体动力学特征。

通俗语言总结

在北大西洋下方，大量的热物质从地球地幔深处上升，形成了一个巨大的“煎饼状”上升流——即冰岛地幔柱。这是地球上最大的地幔柱，在数千公里的范围内对北大西洋的深度和形状具有重要影响。冰岛南部海底分布着数百公里长、数十公里宽的独特V形海岭和海槽。许多科学家认为这些V形结构是由地幔柱的活动强度变化所形成的，但其确切成因仍存在争议。我们分析了在这三次海上探险中采集的这些海岭和海槽中的熔岩样本。这些熔岩样本的化学成分差异有助于推断地幔柱演化过程中的温度变化。虽然这一过程非常复杂，但很可能只需要25–30℃的小范围温度变化就能解释我们的化学观测结果。我们的研究结果对古代海洋环流的历史具有重要意义，因为古代海洋环流可能受到地幔柱活动的调控。

利益冲突

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

数据可用性声明

本研究描述的数据已存档在Mendeley Data数据库中，并可通过Tien（2026）公开获取。INVMEL软件包可从D. McKenzie（[e-mail]）免费获取。