近日，中国科学院南海海洋研究所张帆研究员团队在国际地学期刊《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）发表最新研究成果，揭示了马里亚纳海沟"挑战者深渊"（Challenger Deep）水深超万米的形成机制。副研究员张江阳为第一作者和通讯作者，研究员张帆为共同通讯作者，合作者包括林间院士、美国德克萨斯大学达拉斯分校教授Robert J. Stern及香港中文大学教授杨宏峰。

马里亚纳海沟位于太平洋板块向菲律宾海板块俯冲的汇聚边界。其中南段的"挑战者深渊"水深逾10900米，不仅比北段深约2000米，更是全球海洋最深处。传统理论将其归因于俯冲板块年龄（1.2-1.6亿年）导致的负浮力增强，或前弧区域的陡峭地形，但这些因素无法定量解释南北段之间如此显著的深度差异。

研究团队通过系统分析马里亚纳海沟沿走向的多条垂直地形剖面，发现南段俯冲板块在进入海沟前的坡度和曲率显著高于北段及全球其他海沟，表明该区域发生了异常强烈的弹性弯曲变形。

基于这一观测，团队创新性地构建了负浮力驱动的弹性板弯曲模型，突破传统刚性板块假设，更真实地刻画了俯冲系统的力学响应。模型揭示：近海沟区域岩石圈有效弹性厚度显著降低是控制海沟深度的关键因素——当岩石圈刚度减弱时，俯冲板块的负浮力可高效转化为向下的弯曲变形，导致海沟前方产生极大挠曲。

进一步的三维数值模拟表明，俯冲板块沿走向的几何分段效应会显著放大局部弯曲。南马里亚纳地区存在的板块撕裂结构限制了俯冲板块的横向连续性，削弱了沿走向的力学耦合，使弯曲变形在“挑战者深渊”区域集中发展。

研究进一步指出，正是“岩石圈弱化—负浮力驱动—板块撕裂分段”三种机制的协同作用，共同造就了这一全球极端深度。

该研究从板块变形的力学机制角度，为极端海沟地形提供了统一且可量化的物理解释，强调了俯冲带几何分段和力学非均一性在控制海沟形态中的关键作用。相关方法和结论可推广至全球其他俯冲带研究，为理解板块俯冲过程及其地表响应提供了新的理论框架。

论文信息：Jiangyang Zhang*, Robert J Stern, Fan Zhang*, Jian Lin, Hongfeng Yang(2026). Unusually tight bending of subducting Pacific plate causes the extreme depth of Challenger Deep. Earth and Planetary Science Letters. 679: 119886. 

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.119886

图1、马里亚纳海沟南部和中部测深和板块年龄图

图2、马里亚纳海沟南部与北部，及全球海沟的坡度和曲率对比图。

图3、挑战者深渊极端深度的 “岩石圈弱化—负浮力驱动—板块撕裂分段” 控制示意图