近日，国际学术期刊《Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》发表了题为“Long-term global sea-level change due to dynamic topography since 410 Ma”的文章，报道了中国科学院海洋研究所关于地幔对流引起的地球表面动力地形及其对全球平均海平面变化的影响方面的最新研究成果。' j4 J6 _5 p; ?. F9 ~) q
; F) H( c. m( N3 F s' d% J
海平面是地球表面的一个基本的边界，其将气候、水文、板块构造以及地幔对流等地球上的系统联系起来。长周期的全球平均海平面变化主要由海底年龄变化、动力地形、海洋面积、海底沉积和海水体积等的变化引起，其中海底年龄和动力地形的影响被认为对海平面的变化起主要作用。本研究通过建立随时间演化的地幔对流模型，构建了410个百万年以来的全球动力地形的演化，并计算了其对全球平均海平面变化的影响，结合板块重建模型推演的海底年龄演化，研究了动力地形和海底年龄在最近的Pangea超级大陆周期中引起的全球海平面变化。& L& I: J- u. }# V+ _
" L" H6 b& T+ p/ d, t3 n" T3 }
动力地形是地幔对流引起的地球表面的垂向地形起伏，其长波长的幅值为1千米左右。Yang和Yang (2021) 研究了地幔对流的模型参数对计算的现今动力地形的影响，模型计算的结果与现今地球上的一些观测基本一致，包括残余地形、下地幔结构、板块俯冲速率和地表热流等。这里计算的动力地形（图1）的模型参数选用该文章中首选模型的参数，并且计算动力地形的时候需要考虑上地幔粘度的横向不均匀的影响，表面边界条件选用前人板块重建研究得到的410个百万年以来的全球表面板块运动历史。Williams等, (2021) 基于该板块重建模型和一个新的海底年龄重构模型，构建了410个百万年以来的全球海底年龄的演化。本研究基于其全球海底年龄模型以及海洋岩石圈的板块冷却模型，计算得到了全球海底地形的演化（图1），进而研究了动力地形和海底年龄在410个百万年以来对全球平均海平面变化的影响。
* M U5 j V+ I; C" E' U 5 L O/ q5 a- S' y0 I4 |" q
研究结果显示现今的动力地形作用导致了大约120米的全球平均海平面高度，这在410个百万年以来是最大的（图2）。全球的海平面变化主要是由海底年龄变化引起，动力地形的影响相对较小。本研究给出的动力地形和海底年龄变化共同作用导致的全球海平面变化与前人相关研究给出的410个百万年以来的全球海平面变化基本一致。动力地形和海底年龄对全球海平面变化的影响与最近的Pangea超级大陆周期相关，它们导致在Pangea大陆分离和汇聚时海平面上升，在Pangea大陆稳定和转换阶段海平面降低（图2）。
$ {" V- V" o/ ]& Q0 p
u1 G, G: q2 n 论文的第一作者兼通讯作者为中国科学院海洋研究所杨安助理研究员。研究得到了国家自然科学基金和崂山实验室科技创新项目的共同资助。 # J+ h' w, m) K" Y2 n: k- |
7 c( I, {) |5 O
相关论文：
' ~+ V. a C+ b$ f F3 @3 }$ w- u' [& K- M1 S* k
An Yang*, Long-term global sea-level change due to dynamic topography since 410 Ma, Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, Volume 191, 2023, 103944,(www.52ocean.cn)
0 E/ a$ b1 z- M4 M4 O
9 t( v9 q4 W C" Y# o) B4 T9 E0 j An Yang*, Ting Yang, Controls on the present-day Earth’s dynamic topography predicted from mantle flow models since 410 Ma. Geophysical Journal International, 225(3):1637-1652, 2021(https://doi.org/10.1093/gji/ggab052)
$ Z3 N0 K, L- u% `+ { 4 T8 H k# h+ ~% g3 d! t
% I9 T+ ?1 ^4 u7 p+ c图1 本研究中的海底年龄（左列），海底地形（中间列）和地表动力地形（右列）在410个百万年以来的演化图
+ w/ |9 v8 c/ T8 O2 F) v, x- p5 [+ Q' h4 t5 d+ A9 ~
图2 研究得到的动力地形(Coas-1)和海底年龄变化(W21-P)引起的全球海平面变化，以及动力地形和海底年龄变化共同作用引起的全球海平面变化(A+D1)。HHS, H92, V17和Y22为前人研究得到的410个百万年以来的全球海平面变化 |
1 ?- s( W/ i: r8 k# o( d' h9 c3 p# s
/ r4 [" q; n( d9 [* D