摘要gydF4y2Ba
俯冲是板块的主要驱动力，俯冲板块的强度控制着地球热化学演化的许多方面。每个俯冲板块都经历强烈的正断层作用gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，gydF4y2Ba9gydF4y2Ba在弯曲期间，在沟槽的外凸起处适应从水平运动到向下运动的过渡。在这里，我们使用数值俯冲模型来研究这种弯曲引起的板块损伤的后果，其中脆性和韧性变形，包括颗粒损伤，都被跟踪和自一致地耦合。由于脆性损伤和韧性损伤局部化之间的强烈反馈作用，在外隆起区域会出现普遍的板体弱化和明显的分段。这种板块损伤现象解释了强板块和弱板块的俯冲二分法gydF4y2Ba10gydF4y2Ba大偏移量正断层发育gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba在海沟附近，出现分段地震速度异常gydF4y2Ba11gydF4y2Ba并在俯冲板块内成像出明显的界面gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba以及有效粘度降低的板内深层局部区域的出现gydF4y2Ba14gydF4y2Ba在战壕中观察。此外，脆性粘性损伤板块在地幔温度升高时表现出分离的趋势。考虑到地球的冷却历史gydF4y2Ba15gydF4y2Ba这意味着间歇性俯冲和频繁的板块断裂事件gydF4y2Ba16gydF4y2Ba可能是地球的特征，直到比之前认为的更近的时代gydF4y2Ba17gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
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致谢gydF4y2Ba
本工作由国家科学基金项目200021_182069和200021_192296和ETH+项目BECCY(给T.V.G.)和NSF EAR-1853856(给T.W.B.)和NSF EAR-1853184(给D.B.)资助。在ETH-Zurich欧拉和莱昂哈德簇上进行了模拟。gydF4y2Ba
作者信息gydF4y2Ba
作者及单位gydF4y2Ba
贡献gydF4y2Ba
编写了数值代码，设计了研究方案，并进行了数值实验;D.B.制定了粒度演化算法并编写了数值代码;和T.W.B.编译并注释了扩展数据图。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba并提供相关文字。所有作者讨论了结果、问题和方法，并对数据的解释和论文的撰写做出了贡献。gydF4y2Ba
相应的作者gydF4y2Ba
道德声明gydF4y2Ba
相互竞争的利益gydF4y2Ba
作者声明没有利益冲突。gydF4y2Ba
额外的信息gydF4y2Ba
同行评议信息gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba感谢匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。同行评审报告是可用的。gydF4y2Ba
出版商的注意gydF4y2Bab施普林格《自然》杂志对已出版的地图和机构的管辖权要求保持中立。gydF4y2Ba
扩展数据图和表gydF4y2Ba
图1本研究探索的两种俯冲模式的初始条件。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，自由俯冲板块脱离模型右边界的模型设置;在右模型边界处，随着距离在500公里以内，俯冲板块年龄呈线性变化至1000年。gydF4y2BabgydF4y2Ba，右边界附俯冲板块的模型设置;俯冲板块年龄没有向边界方向变化。带数字的白线为等温线，单位为°C。gydF4y2Ba
图2断层弱化和粒度演化对俯冲动力学的影响。gydF4y2Ba
有效粘度分布(左柱、面板)gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba)和地幔的颗粒大小(右栏，面板)gydF4y2BaegydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Bah)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2BaegydF4y2Ba，断层弱化与粒度演化同时存在的模型(模型xbeqc，扩展数据表2)。gydF4y2BabgydF4y2Ba，gydF4y2BafgydF4y2Ba，断层弱化但不发生粒度演化的模型(模型xbeqca，扩展数据表2)。gydF4y2BacgydF4y2Ba，gydF4y2BaggydF4y2Ba，具有粒度演化但没有断层弱化的模型(gydF4y2BaμgydF4y2Ba0gydF4y2Ba＝gydF4y2BaμgydF4y2Ba1gydF4y2Ba= 0.6为下洋壳和岩石圈-软流圈地幔，模型xbeqcb，扩展数据表2)。gydF4y2BadgydF4y2Ba，gydF4y2BahgydF4y2Ba，断层不弱化、粒度不演化的模型(gydF4y2BaμgydF4y2Ba0gydF4y2Ba＝gydF4y2BaμgydF4y2Ba1gydF4y2Ba= 0.6的下洋地壳和岩石圈-软流圈地幔，模式xbeqcc，扩展数据表2)。地幔温度比现在的值高100 K。其他参数与参考模型相同(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.黑色实线表示1225°C等温线的位置。gydF4y2Ba
图3标准粒度演化模型中模型参数对俯冲动力学的影响gydF4y2Ba
有效粘度分布(左柱、面板)gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba)和地幔的颗粒大小(右栏，面板)gydF4y2BaegydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Bah)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2BaegydF4y2Ba， 40 Ma俯冲板块未发生断层弱化的模式下，俯冲起裂失败(gydF4y2BaμgydF4y2Ba0gydF4y2Ba＝gydF4y2BaμgydF4y2Ba1gydF4y2Ba= 0.6的海底地壳和岩石圈-软流圈地幔;gydF4y2BahgydF4y2Ba马克斯gydF4y2Ba= 6mm为粒度，颜色代号，型号xbeqab，扩展数据表2)。gydF4y2BabgydF4y2Ba，gydF4y2BafgydF4y2Ba， 40 Myr老板的模型中没有断层分割，但断层随应变减弱的速度要慢2.5倍(gydF4y2BahgydF4y2Ba马克斯gydF4y2Ba= 10 mm，型号xbes，扩展数据表2)。gydF4y2BacgydF4y2Ba，gydF4y2BaggydF4y2Ba40 Myr俯冲板块和标准断裂弱化的参考板块分割模型(gydF4y2BahgydF4y2Ba马克斯gydF4y2Ba= 6 mm，型号xbeq，图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，扩展数据表2)。gydF4y2BadgydF4y2Ba，gydF4y2BahgydF4y2Ba， 100 Myr老板和标准断层弱化模型中较宽的板段(gydF4y2BahgydF4y2Ba马克斯gydF4y2Ba= 10 mm，模型xber，扩展数据表2)。地幔温度采用现日值。其他参数与参考模型相同(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.黑色实线表示1225°C等温线的位置。gydF4y2Ba
图4粒度演化和断裂弱化对俯冲动力学的影响。gydF4y2Ba
有效粘度分布(左柱、面板)gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba)和地幔的颗粒大小(右栏，面板)gydF4y2BaegydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Bah)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2BaegydF4y2Ba，断层弱化和粒度演化同时存在的模型(40myr老板，模型xbeqd，扩展数据表2)。gydF4y2BabgydF4y2Ba，gydF4y2BafgydF4y2Ba，断层弱化但未发生粒度演化的模型(40myr老板，模型xbeqda，扩展数据表2)。gydF4y2BacgydF4y2Ba，gydF4y2BaggydF4y2Ba，断层弱化与粒度演化同时存在的模型(100 Myr老板，模型xbeqq，扩展数据表2)。gydF4y2BadgydF4y2Ba，gydF4y2BahgydF4y2Ba，具有粒度演化但无断层弱化的模型(100 Myr老板，模型xbeqs，扩展数据表2)gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2BabgydF4y2Ba，gydF4y2BaegydF4y2Ba，gydF4y2BafgydF4y2Ba比现在的值高150k。其他参数与参考模型相同(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.黑色实线表示1225°C等温线的位置。gydF4y2Ba
图5俯冲板块内已存在断层对板块分割和俯冲动力学的影响。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，gydF4y2BaegydF4y2Ba，断层向海沟倾斜20公里的模型(模型xbeql，扩展数据表2)。gydF4y2BabgydF4y2Ba，gydF4y2BafgydF4y2Ba，断层向海沟倾斜10 km的模型(模型xbeqm，扩展数据表2)。gydF4y2BacgydF4y2Ba，gydF4y2BaggydF4y2Ba，断层向海沟倾斜5 km的模型(模型xben，扩展数据表2)。gydF4y2BadgydF4y2Ba，gydF4y2BahgydF4y2Ba模型xbeqo，扩展数据表2)。预先存在的断层被规定为在较强辉长岩地壳和岩石圈地幔中分别有1 km宽和14 km深的弱玄武岩地壳和蛇纹岩地幔带(扩展数据表)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.初始断层倾角为63°。gydF4y2Ba
图6参考模型中大偏移量正断层逐渐发育(图6)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba、塑性应变分布gydF4y2BaγgydF4y2Ba(地区gydF4y2BaγgydF4y2Ba> 0.02)和岩石圈的地幔颗粒大小。实白线表示评估断层抛掷的参考面位置(方法)。gydF4y2BaegydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BahgydF4y2Ba，各时间步长的故障抛掷分布见gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba。只考虑投掷bbb20米的失误。gydF4y2Ba
图7对日本板块的5条顺倾地震层析成像剖面(蓝色实线带圆圈)的位置进行了分析。gydF4y2Ba4 c, dgydF4y2Ba及扩展数据图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
根据SLAB2.0模型的地震活动深度，颜色代码对应板的上表面gydF4y2Ba74gydF4y2Ba。蓝色实线表示板块边界的位置gydF4y2Ba75gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
图8分析的5张层析图像(图8)gydF4y2Ba4 dgydF4y2Ba日本板块的地震层析成像剖面(扩展数据图)。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba
的分布gydF4y2BavgydF4y2BapgydF4y2Ba(左栏，面板gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaegydF4y2Ba),gydF4y2BavgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba(右栏，面板gydF4y2BafgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BajgydF4y2Ba)地震速度异常是基于Tao等人的层析成像模型。gydF4y2Ba13gydF4y2Ba。沿着中间板线(红色实线)定义的分段边界(红色三角形)的位置是根据目测推断的(方法)。gydF4y2Ba
补充信息gydF4y2Ba
权利和权限gydF4y2Ba
关于本文gydF4y2Ba
引用本文gydF4y2Ba
Gerya, t.v.， Bercovici, D. & Becker, T.W.外凸起脆性-韧性损伤引起的动态板坯切分。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba599gydF4y2Ba， 245-250(2021)。https://doi.org/10.1038/s41586-021-03937-xgydF4y2Ba
收到了gydF4y2Ba：gydF4y2Ba
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发表gydF4y2Ba：gydF4y2Ba
发行日期gydF4y2Ba：gydF4y2Ba
DOIgydF4y2Ba：gydF4y2Bahttps://doi.org/10.1038/s41586-021-03937-xgydF4y2Ba
这篇文章是由gydF4y2Ba
自发循环弧后扩散的可能机制gydF4y2Ba
地球与行星科学进展gydF4y2Ba(2022）gydF4y2Ba
变质致密化可以解释大印度大陆缺失的长英质地壳gydF4y2Ba
通信地球与环境gydF4y2Ba(2022）gydF4y2Ba
大陆裂谷期岩石圈弱化的粒度演化控制gydF4y2Ba
自然地球科学gydF4y2Ba(2022）gydF4y2Ba
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