2024年7月29日，国际知名学术期刊Nature Communications（《自然·通讯》）上发表了中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室刘丽军教授和李三忠教授共同通讯作者成果，该成果在印度-欧亚板块碰撞塑造青藏高原研究方面取得重要进展。

地球科学家们长期以来一直对印度与亚洲的持续碰撞感到困惑。我们的趋真地球模型揭示了背后的驱动因素：强大的地幔风。这股深层洋流抓住印度厚重的根部，将其向北推移，塑造了西藏，并揭示了亚洲下方一个超级汇聚系统。解决了“碰撞之下：深层地球动力如何塑造了青藏”的科学谜题。

（1）印度板块持续运动之谜

印度与亚洲的碰撞是新生代最为壮观的构造事件之一。这场大规模的大陆碰撞始于大约5000万年前，形成了雄伟的喜马拉雅山脉和广袤的青藏高原。然而，在最初的撞击之后，印度仍然在继续向北推进，直到如今还未曾慢下来。这似乎很难用板块构造的传统理论来解释。

不同时间下的印度-亚洲碰撞地图和期间印度板块的速度变化。

作为地球动力学家，我们对印度这种持续运动充满了好奇。是什么力量既足够强大，又足够持久，能够如此长时间地推动印度向北，克服西藏厚重的隆升地壳形成的的巨大反推阻力？传统的解释，比如板片拉力（slab pull）和洋脊推力（ridge push）无法同时解释这种力量的持续时间与强度。

为了解开这个谜团，我们利用了定量的全球地球动力学模型进行了研究。这种方法让我们能够模拟全球地幔的动力学，涵盖数亿年的时间跨度，从而系统性地了解其中的流场和驱动力。我们的模型独特之处在于其包含了时间相关的数据同化技术，使我们能够重建地幔流和板块运动的历史。

（2）一个意外的发现：地幔风！

在分析模型结果时，我们发现了一个意料之外，却又情理之中的因素：强大的“地幔风”。这股在深部地球的强大流动，其流速超过了上覆的板块速度，并因此对印度岩石圈底部施加了拖曳力。这种地幔拖曳力力量惊人，足以与传统上被认为是板块构造主要驱动力的板片拉力相媲美，而板片拉力在西藏-亚洲碰撞系统中并不存在。关键是，这种力量足以满足抬升青藏高原所需的估算值，填补了大陆碰撞动力学中的一块缺失的基本拼图。

两种类型的地幔拖曳和印度-亚洲碰撞边界的阻力。

但是到底是什么导致了这种地幔风？我们的模拟揭示了一系列复杂的因素。沉降的新特提斯洋板片（Neo-Tethyan slab）和东亚下方大量积累的俯冲物质（主要为伊邪那岐-太平洋板片Izanagi-Pacific slab）在上地幔中创造了横向压力梯度。这种梯度驱动了上地幔的北向流动，就像大气中的风从高压区向低压区移动一样，推动上覆的印度岩石圈往北碰撞。

印度板块周缘区域的深部动态压力和板块结构，以及其中互相的动力学联系。

（3）印度克拉通根的作用

这个理论中的一个关键元素是印度的厚克拉通根。就像船下的深底一样，这部分古老、寒冷且强大的大陆岩石圈一直延伸到上地幔深处。我们发现，这个根部起到了耦合岩石圈与对流地幔的作用，增加了地幔流对整个印度板块，以及印度-欧亚碰撞的影响力。

快速流动的软流圈和克拉通根之间的相互作用在印度洋陆边缘同时产生了摩擦拖曳力和压力拖曳力的集中。这种机制解释了为何相对弱的软流圈仍能对上覆大陆运动产生显著的影响。

在印度-亚洲碰撞的过程中，强大的驱动力必然伴随着相应的阻力。我们的进一步研究表明，印度克拉通根在这一过程中也发挥了关键作用，增加了与欧亚大陆碰撞的接触面积。如果碰撞区域较薄，印度板块将需要以更快的速度运动，从而产生更大的阻力，以平衡同等强度的驱动力。

为什么克拉通根如此重要？

（4）影响与挑战

我们的发现重塑了我们对板块构造和大陆碰撞的理解。我们识别的北向地幔流仅仅是以亚洲为中心的更大规模地幔汇聚流的一部分。而这个超级汇聚流场的中央就在青藏高原的下方。这个地幔流场有可能解释一系列区域现象：东亚俯冲板片的动力学、西太平洋弧后盆地的形成以及澳大利亚的快速北移等等。

半球规模的地幔超级汇聚流。

在进行这项研究的过程中，我们面临了诸多挑战，其中一个主要难题是如何量化地幔拖曳力。以往的研究往往因为软流圈的低粘度而忽略了这种力量的影响。然而我们坚信，只有具体地量化驱动力的大小，才能有效解决围绕印度亚洲碰撞驱动力的争论。因此，我们投入了相当精力设计了文章的量化方法。我们的量化结果揭示出，最大剪应力（即摩擦拖曳力的主要作用区域）位于坚固的岩石圈根部，而非位于下方的弱软流圈中。这一发现进一步凸显了定量分析在地球动力学研究中的关键作用。

在整个研究过程中，我们不断为地球动态系统的复杂关联性所震撼。最初对印度-亚洲碰撞的探究，逐步让我们发现了该半球规模地幔汇聚流场的动力学重要性。这一流场不仅驱动了特提斯洋的闭合，更可能为未来超级大陆的形成奠定基础。我们的研究强调了在区域构造过程的研究中，考虑全球地幔动力系统的重要性。随着我们继续完善模型并积累更多数据，未来的研究有望进一步揭示深层地球动力与地表地质特征之间更广泛而深远的联系。

文章链接： Li, Y.C., Liu, L.J.^※, Li, S.Z.^※, Peng, D.D., Cao, Z.B., Li, X.Y.. 2024. Cenozoic India-Asia collision driven by mantle dragging the cratonic root. Nature Communications，15:6674.  https://doi.org/10.1038/s41467-024-51107-0