科技日报记者 叶青 通讯员 孔令竹
蒙古国中部的杭爱山，如今仍是中亚干旱区与西风带水汽的关键屏障，直接塑造了蒙古国“南旱北湿”的气候格局。然而，这座最高海拔超过4000米的穹窿状山脉，既不像喜马拉雅山那样呈条带状延伸，内部也几乎看不到强烈的构造变形——它究竟是如何隆起的？近日，中国科学院广州地球化学研究所李鹏飞研究员团队在国际期刊《地质学》上发表最新研究成果，揭示了杭爱山形成的动力过程：山弯构造→岩石圈加厚→岩石圈拆沉→岩浆活动→地表隆升。
一个反常现象，引出一场科学侦查。杭爱山下，地壳厚达60公里（远超正常大陆的30-40公里），而它底部的岩石圈却仅厚约70公里（远薄于全球大陆平均150200公里）。这种“厚地壳、薄岩石圈”的怪异组合暗示：杭爱山下曾有一块厚重的岩石圈“根”，后来神秘消失了。团队大胆推测：消失的部分发生了“拆沉”——就像卸掉船底过重的压舱石，船身自然上浮。然而，猜想终究需要证据。如何证明？他们巧妙地借用了“岩石探针”，从岩浆演化的视角，反向追踪地球深处的故事。
经过多年野外工作，团队首次在杭爱山腹地发现了早白垩世火山岩。地球化学分析显示，其中粗玄岩来自岩石圈地幔，并且具有高的(Gd/Yb)PM比值——这是岩浆源区残留石榴子石的标志，意味着岩浆的熔融深度超过80公里。
一个关键矛盾就此浮出水面：如果岩浆来自80公里以下的深部，而今天这里的岩石圈只有70公里厚，那么当初一定存在更厚的岩石圈，并且后来被“拆沉”带走了。“结合火山岩的年龄，我们精准锁定：早白垩世，杭爱山下方那块过重的岩石圈根部断裂、坠入地幔深处，相当于卸掉了一块巨大的‘压舱石’。地壳因浮力均衡而整体抬升，最终形成了今天穹窿状的杭爱山脉。”李鹏飞介绍。
山弯构造驱动岩石圈演化模式图
那么，岩石圈为什么会在这个时候拆沉？答案藏在更早的地质历史里。二叠纪到三叠纪，蒙古鄂霍茨克俯冲带逐渐弯曲，形成了一个巨大的U形构造——这就是“蒙古山弯构造”。在U形最为弯曲的内侧，地壳受到强烈挤压，导致岩石圈显著加厚。三叠纪末期，洋盆西段闭合，杭爱山地区进入陆内平静期，岩浆活动几乎停止。直到早白垩世晚期，先前加厚的岩石圈终于因重力失稳而发生拆沉。李鹏飞表示，这一事件触发了岩石圈地幔的部分熔融，形成了早白垩世火山岩；同时，岩石圈根部的移除导致地壳均衡反弹，向上隆起，最终造就了杭爱山的穹窿状地貌。
这项研究构建了“造山带弯曲→岩石圈加厚→岩石圈拆沉→岩浆活动→地表隆升”的完整逻辑链条，不仅解开了杭爱山的隆升之谜，还提出了一种全新的陆内造山动力学模式——造山带弯曲之后，进入陆内阶段，加厚的岩石圈可以再次发生拆沉，驱动山脉隆升。这一发现为理解全球弧形造山带如何向造山后或陆内阶段转换提供了重要参考，也为地球深部过程与浅表地貌的耦合研究打开了新的视角。