大洋中脊的末端是什么？东太平洋中脊是如何消亡在北美板块之下的？

日报标题：谁再说地幔是液体，说地下全是岩浆，我真跟你急

Tony Soup，地质工作者

首先，对于题主刻板的误解表示遗憾。正是因为对于岩浆生成和岩浆规模的误解，才带来了这个题目。

澄清一下：

1.大洋中脊处并不是岩浆升起，而是地幔发生部分熔融后形成的岩浆房。

2.板块俯冲处并不是岩浆消亡，而是板块进入软流圈时，所携带的水分使软流圈发生部分熔融形成岩浆。

3.板块并没有冲入岩浆地带，板块将继续俯冲至软流圈之下的地幔中发生混熔。

题主之所以会有这样的误解，那些半吊子的地理教师，半吊子的科普作者要负很大责任。当然，某些类似地心穿越一类的“科幻片”也荼毒深远。

至今为止，仍有大量的人认为地幔是液体。

敲黑板！！！！！跟我一起大声念！

地幔是固体！

什么？地幔对流说明地幔不是固体？那蜡烛是不是固体？固体可以不可以塑性蠕动？

没错，地幔就是能以极其缓慢的速度蠕变的固体！！！！

现在，拿出拖鞋，谁再说地幔是液体，再说地下全是岩浆，就直接打屁屁打到他屁股变成液体为止！！！！

地下全是岩浆，岩浆你大爷！！！

好了，看这张图：

图片来源：Geology of Gems

告诉我这图里面哪里是液体~

lithosphere 岩石圈：固体。

asthenosphere 软流圈（地幔上部）：固体。

magma 岩浆：液体。

看清楚了木有！只有中间红色的一小部分（就是那个萝卜状的岩浆房）是液体！！

再看一下俯冲带：

图片来源：SUPPLEMENTAL LECTURE MATERIALS...

告诉我这图里面哪里是液体~

lithosphere 岩石圈：固体。

asthenosphere 软流圈（地幔上部）：固体。

rising magma 上升的岩浆：液体。

看明白了木有！这纯粹是一个固体模型，只有俯冲板块顶部的软流圈发生了部分熔融，生成了少量的岩浆。反过来想一想，软流圈要是液体，俯冲带还会有地震么？

所以，题主关于大洋中脊俯冲的问题跟岩浆一点关系也没有，是一个纯固体模型。只要理解了固体，所谓消失或者特殊情况的疑问自然就没有了。

看一下大标题，题主关心的问题有两个：

1.大洋中脊的末端是什么？

2.东太平洋中脊是如何消亡在北美板块之下的？

先说第一个问题。大洋中脊的末端是什么样子的。

如果没有其他因素，比如俯冲带，大陆裂谷，地幔柱等的影响，大洋中脊的末端就是自然减弱然后尖灭掉。打个比方吧，大洋中脊就像是地球的一条“伤口”，伤口里面不断有血冒出来填补裂隙。伤口的末端是怎么样的，大洋中脊就与之类似。下图为全球洋壳的古地磁年代图，图中红色越年轻，蓝色越老，正中间黑色的线就是大洋中脊。

图片来源：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%AD%E6%B4%8B%E8%84%8A

局部性的，比较短小的洋中脊通常是在拉张环境下形成，也就是洋壳被往两边扯而撕裂。比如南海和菲律宾板块上发育的洋中脊。全球性的，上万公里的洋中脊的形成很可能是与地幔柱，地幔对流等相关（并没有找到文献资料）。与之对应的，洋中脊裂开的动力目前已知的有两种：slab pull model 和ridge-push model，个人翻译先叫做洋脊推動模型和板块拉动模型吧。这两者并不是单独出现的，而是同时都起作用，但是哪个作用占主导地位，目前的研究并不清楚。

以南海的扩张为例，可以清楚的看到洋中脊的生成，扩张，以及最终沉寂的过程。

图片来源：Li, C.-F., Lin, J., Kulhanek, D.K., and the Expedition 349 Scientists, 2015 Proceedings of the International Ocean Discovery Program Volume 349 http://publications.iodp.org

图中蓝色的虚线即为洋中脊。

图中 1 至 4 为南海洋壳（绿色线条中间的部分）沿着中脊线（蓝色虚线）扩张的过程。红色的线为转换断层 / 走滑断层。红色带三角形的弧线为俯冲带，三角形所指的方向为板块倾斜的方向。

今天能观察到的南海洋盆如下图中红色箭头所示，是一个朝东北方向开口的喇叭状 - 楔状“过气”洋盆。从停止活动至今大约有 1500 万年了。

图片来源：Hall, R., 2002. Cenozoic geological and plate tectonic evolution of SE Asia and the SW Pacific: computer-based reconstructions, model and animations. Journal of Asian Earth Sciences, 20(4), pp.353-431.

早期的南海洋盆（以下称为古南海）在台湾 - 巴拉望岛（palawan）以东，与太平洋板块和菲律宾板块紧紧相邻。在巴拉望岛（palawan）与海南岛之间为欧亚大陆的陆壳。

图片来源： http://www.geoexpro.com/articles/2013/07/the-south-china-sea-enigma

随着印度板块与欧亚板块的碰撞，整个东亚地区形成了一个挤出 - 逃逸的扇形构造，华北 - 华南地块被向东挤出，印支地块被向东南方向挤出。两者之间的速度和角度差，将巴拉望岛和海南岛之间的陆壳撕裂，地幔物质上涌，形成洋中脊。这就像是人的皮肤被划了一道口子，血涌出来在伤口形成血痂。

Tapponnier 的经典挤出模型

图片来源：http://www.geoexpro.com/articles/2013/07/the-south-china-sea-enigma

图片来源：http://geologie.ens-lyon.fr/HERVE/diffusion-connaissances/diffusion-ASRR/Fig4.jpg

上面两图是实验模拟结果和实际板块运动的对比，可以看出来两者相似度非常高。此经典模型也是让大牛 Tapponnier“封神”的重要成果之一。

因此，南海裂开形成新的洋盆：

与菲律宾板块典型的弧后盆地拉张环境不同，南海的海底扩张与青藏高原的碰撞紧密相关，裂开的位置位于陆壳上。因此洋中脊的末端得以保存下来，而不是俯冲到其它洋壳之下变成板片窗（slab window）。

图片来源：Li, C.-F., Lin, J., Kulhanek, D.K., and the Expedition 349 Scientists, 2015 Proceedings of the International Ocean Discovery Program Volume 349 http://publications.iodp.org

关于南海洋盆最早裂开的时间大约为 3000-3300 万年左右，也就是始新世的末期。而上面 Li, C.-F., 2015 用来表示多阶段裂开的那幅四格图（修改自Ru and Pigott, 1986 的原图）中时间标注有误，如果是图 1 的 end of paleocene（古新世末期），则早了整整 1300 万年。

图片来源： http://www.geoexpro.com/articles/2013/07/the-south-china-sea-enigma

上图中可以清晰的看到，南海洋盆裂开时形成的最早磁条带为 C11，而 C15，C16，C17 则是属于古南海洋盆的部分。其 C11 的年代为 2945-3065 万年，与大洋钻探 U1435 孔中发现的不整合面时间相符。南海洋盆的裂开活动至约 1500 万年前终止，同样可以从上图中看出，最年轻的磁条带为 C5c，相应的时间为 1590-1700 万年。这时候的构造格局与南海裂开之前已大不一样了：

图片来源： http://www.geoexpro.com/articles/2013/07/the-south-china-sea-enigma

古南海的洋壳大部分已经俯冲消减掉了，而新的南海洋盆在 3300-1500 万年间裂开了大约 600-700 公里。其洋中脊的末端，就是题主所好奇的部分，向西南方向呈楔状尖灭。

图片来源：http://www.searchanddiscovery.com/documents/2015/30406pubellier/ndx_pubellier.pdf

图片来源：https://www.researchgate.net/figure/271726958_fig1_Figure-1-Topography-and-bathymetry-of-the-South-China-Sea-region-with-the-location-of

第二个问题：东太平洋中脊是如何消亡在北美板块之下的？

为了消除误解，还是重点讨论一下普通洋壳是怎么逐渐消亡的，俯冲的板块能俯冲到什么深度，以及俯冲板块最后的归宿。洋壳俯冲进入地幔，并不是马上就全部熔融，其熔融或者混熔过程受温度，密度，压力等等因素的影响，非常缓慢。有的洋壳残余物甚至可以俯冲至下地幔，深达 1000km 以上。打个比方，人吃个饭，要消化完还得经过牙齿，胃，小肠，大肠折腾个一两天呢（何况有的还消化不完，此句话自带出场气味）。地球要消化掉地壳那时间自然是海了去了。

图片来源：Stern, R.J., 2002. Subduction zones. Reviews of geophysics, 40(4).

图中注释部分：基于地幔层析成像推测的俯冲板块的构造（Karason and van der Hilst，2000）。红线指示每个剖面的投影线。各个剖面的底界为核幔边界（CMB）；虚线为地幔在 410，660，1700 km 处的不连续界面。剖面红色的影像表示 P 波传递速度越慢，蓝色越快，浅黄色的代表该处地幔的平均传递速度。一般认为，P 波速度快的部分（蓝色）代表温度低的俯冲板块和包裹它的粘性地幔包层。这个特性让我们得以追索俯冲板块在深部地震带之下的行迹。请注意，部分板块穿过了 660km 处的不连续界面进入了下地幔（如，美洲中部，日本中段和印度尼西亚），另外一些板块则淤塞在上地幔中（如 Izu-Bonin）.汤加（Tonga）之下的俯冲板块起先停滞在上地幔，随后又穿过 660km 的不连续界面进入下地幔中。

这就是说，洋壳俯冲进入地幔之后，并不会马上熔融消失。它们仍旧会以板块 3-20 mm 每年的速度向地幔深处移动，并缓慢地与固体地幔重熔。这个过程是非常缓慢的。以美洲板块下的俯冲举例，其可追溯的俯冲深度约在 1300 km 左右。如果以 20mm 每年的速度垂直俯冲至此深度，需要时间大约为 6500 万年。也就是说俯冲的板块会经历整个新生代的时间却仍然没有完全重熔。依然还是很大一坨~ 而此处地幔的温度已经超过了 2000K，也就是 1700 摄氏度！！

具体到美洲西海岸的洋壳俯冲而言，略有点复杂。其中最主要的一条剖面解译如下图：

图片来源：http://images.slideplayer.com/20/6050729/slides/slide_36.jpg

此图中的层析影像还是一样，蓝色代表俯冲洋壳，右侧为人为解译的演化过程。太平洋的 farallon 板块俯冲，经过平板俯冲和高角度俯冲等阶段后，在大约 4000 万年之前淤积在上地幔中，其远端插入下地幔，但仅有微小的移动速度。最终形成今天 660km 上部的淤积团块和穿过 660km 不连续界面的末端。

需要注意的是，此剖面的位置图（左上角地形）有误。原图应为下面这张图：