2023年12月1日，国际著名学术期刊《自然通讯》（Nature Communications）上在线发表了地球科学学院构造地质学科陈汉林教授团队和国际合作者关于俯冲板块垂向撕裂控制机制的最新研究成果。该成果对揭示汇聚板块边界地质与地貌特征的空间差异性和分段性具有极其重要的科学意义。论文的第一作者为学院博士研究生陈亚光，通讯作者为学院陈汉林教授、苏黎世联邦理工学院刘明启博士和Taras Gerya教授。

俯冲板块撕裂可以发生在板块汇聚的各个阶段，是汇聚板块边界极为重要的深部地质过程。俯冲板块撕裂会引起强烈的浅部地质响应，如青藏高原南北走向裂谷的形成和青藏高原东、西部的差异。关于俯冲板块垂向撕裂，前人普遍认为其形成需要岩石圈尺度的不均一条带（如正浮力地体或薄弱带）参与俯冲。然而，这无法解释在均一俯冲板块内部发生的持续板块垂向撕裂，如俯冲的太平洋板块在阿留申-勘察加海沟和马里亚纳海沟之下的垂向撕裂（图1）。因此，亟需一种新的机制来解释垂向撕裂的形成与传播。

图1 俯冲板块剪切型垂向撕裂的全球分布

该研究成果通过高分辨率的三维热力学数值模拟方法，系统地研究了俯冲板块垂向撕裂的形成和传播过程，揭示了海沟位错长度和俯冲板块的流变强度（大洋板块年龄和脆性应变弱化程度）对俯冲大洋板块垂向撕裂与传播的影响。研究表明：垂向撕裂是一种自持续的地球动力学过程，形成后如果条件不变，便可持续稳定传播；足够大的海沟位错（200km以上）可以触发垂向撕裂，并使其稳定传播（图2a，b）；俯冲板块的流变学强度则影响了产生垂向撕裂所需的临界海沟位错长度（图2c, d）；脆性应变弱化程度决定了脆、韧性变形的相对强弱，既改变了垂向撕裂产生的过程，也影响了地表海沟的深度分布。这些发现为俯冲板块垂向撕裂的形成和演化提供了新机制，推动了板块撕裂的动力学过程研究。

图2 不同参数的模型结果对比。（a）参考模型结果；（b）更小的海沟位错；（c）更老的俯冲板块年龄；（d）更弱的应变弱化。各图中，上方为俯冲板块的几何形态图，左下为粘滞度图，右下为地形叠加地壳速度图。ITO：Initial Trench Offset（初始海沟位错长度）。

该研究获得第二次青藏高原综合科学考察项目（2019QZKK0708）和国家自然科学基金企业联合创新基金（U22B6002）的资助。

论文详见：Chen, Y., Chen, H. *, Liu, M. *, Gerya, T. *. Vertical tearing of subducting plates controlled by geometry and rheology of oceanic plates. Nature Communications 14, 7931 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43804-z