近日，中国科学院南海海洋研究所张锦昌团队、林间院士团队联合国内外科学家，在翁通爪哇高原（Ontong Java Plateau）形成机制研究中取得重要进展，揭示这座全球最大洋底高原形成于热化学地幔柱。相关研究成果发表于《自然-地球科学》（Nature Geoscience）。研究员张锦昌为论文第一作者，副研究员张旭博为论文共同第一作者兼通讯作者，中山大学副教授陈双双为共同通讯作者。合作者还包括美国密歇根州立大学教授Eric Brown，中国科学院南海海洋研究所副研究员张江阳、林间院士，中山大学高锐院士，美国休斯顿大学教授William Sager和美国耶鲁大学教授Jun Korenaga。

洋底高原是大洋中典型的大火成岩省，以异常广阔的地形隆起和巨厚地壳为特征，记录着壳幔内部岩浆活动的关键信息，为揭示岩浆作用如何塑造地形地貌以及影响全球环境灾变提供了重要线索。多数洋底高原位于海面以下，免受风化侵蚀，是研究海底火山形成机制的天然实验室。关于其成因，学界存在两大主流假说：地幔柱成因与海底扩张成因。

翁通爪哇高原位于西太平洋，主要形成于早白垩世，是地球上现存体积最大的洋底高原（图1）。学界普遍认为它由炽热的地幔柱头熔融而成，但纯热地幔柱模型预测该高原应隆升至海面以上，与其主体形成于海面以下的事实矛盾。另一种机制认为它形成于快速海底扩张背景下不均一地幔的减压熔融，但高原玄武岩放射性定年结果（115-108Ma）与邻近磁异常条带年龄(159-133 Ma)不吻合，表明其更可能形成于板内环境而非洋中脊附近。

基于地球物理和地球化学观测的联合约束，研究团队构建多学科交叉耦合的热动力学模型，分别模拟了两种情形下翁通爪哇高原形成时地幔的热状态与化学状态（图2）。

结果显示，海底扩张模型要求超高的地幔潜温或极高的高密度、易熔辉石岩比例，与全球洋中脊的观测不符。相比之下，热化学地幔柱（温度异常范围135–200℃，高密度、易熔辉石岩比例不超13%）不仅能合理解释高原地壳厚度与熔岩成分的空间变化，也能解释其主体形成于海面以下的特征（图2）。因此，翁通爪哇高原的最优成因解释为热化学地幔柱作用。

此外，根据高原地壳厚度和熔岩成分的空间变化，研究团队还提出了一个热化学地幔柱头的空间演化模型（图3）。

本次研究定量揭示了翁通爪哇高原形成时地幔的热化学特征，证实其起源于热化学地幔柱，而非纯热地幔柱。除翁通爪哇高原外，全球其他典型洋底高原的地幔源区也具有显著的成分不均一性。这意味着热化学地幔柱很可能是控制洋底高原形成的普适性机制，为构建统一的洋底高原成因理论提供了重要科学依据。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省重大人才工程项目等联合资助。

论文相关信息：Zhang, JC., Zhang, X., Chen, S., Brown, EL., Zhang, JY., Lin, J., Gao, R., Sager, WW., Korenaga, J. Ontong Java Plateau formed by a thermochemical mantle plume. Nature Geoscience, (2026).

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41561-026-02019-9

图1 翁通爪哇高原地形图。

图2 上图：地幔柱模型与海底扩张模型结果。下图：海底隆升的观测值与热化学地幔柱预测值的对比。

图3 地幔柱头空间演化模式图。