由香港大学（港大）地球与行星科学系博士后研究员吕天阳博士、李文恺教授（兼物理学系），及莫秀琼基金教授赵国春教授带领的国际研究团队，在理解类地行星构造演化方面取得了重大突破。他们利用先进的数值模型，首次将行星构造体制系统分类为六种，并发现了一种全新的「间歇性-粘盖层」体制。这项研究不仅为揭示地球板块构造的起源提供关键线索，亦为解读金星神秘的地质特征提供了强大的理论框架。研究成果已刊登于学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。
六种构造体制 揭示行星的演化路径
类地行星的构造体制是指行星表层的大规模变形及其形成过程，直接影响星球的地质活动、内部演化、磁场、大气成分，甚至决定其是否适合孕育生命。一直以来，为何地球拥有活跃的板块构造，而其「姊妹行星」金星却呈现截然不同的地质特征，是行星科学的一大谜团。
构造体制则是决定行星演化的关键因素之一。例如，火星的「停滞盖层」体制使其表面缺乏活跃的运动，保留了大量古老且布满陨石坑的地貌。相反，地球则处于「活动盖层」体制，拥有洋中脊、转换断层及俯冲带构成的板块边界网络。虽然这些板块边界与地震、火山爆发等地质灾害息息相关，但板块构造在亿万年的时间里稳定了地球的大气与气候，并促进了生物演化。例如，气候活性物质如二氧化碳或水，会因板块构造运动随着海洋沉积物埋藏至地球内部，但也可能经过在地幔中长期储存后，在火山活动中重新循环至大气，从而导致大致平衡的地表环境。
过去，科学界还提出了「迟滞盖层」和「深成－粘盖层」等构造体制，但它们之间的关系，以及它们与太阳系内类地行星的联系仍不明确。「通过对大量模型数据进行统计分析，我们首次定量识别出六种构造体制。」论文第一作者吕天阳博士解释道，「这些包括现代地球的活动盖层、火星的停滞盖层，以及我们新发现的『间歇性-粘盖层』。后者特征是两种活动模式交替出现，为理解行星如何从不活跃状态过渡到活跃状态提供了新视角。」
破解「记忆效应」 解读行星的构造密码
预测行星构造演化的一大挑战是「记忆效应」（或称迟滞现象），即行星的构造状态不仅取决于当前的物理条件，还受到其漫长历史制约。「我们的模型显示，这种『记忆效应』并非不可逾越。」李文恺教授解释，「尤其当演化路径与地球类似，且岩石圈随时间减弱，构造体制之间的转换可能比预期更可预测。这一发现大幅提升了我们框架的预测能力。」
研究团队建立了一张图表，全面描绘在不同物理条件下的各种构造体制，揭示了行星随时间冷却可能经历的转变路径。身兼中国科学院院士的赵国春教授补充道：「地质记录显示，早期地球的构造活动与我们新识别的体制特征相符。随着地球逐渐冷却，其岩石圈在特定物理机制下更易破裂，最终催生了现代的板块构造。这是理解地球成为宜居行星的重要拼图。」
这些发现也为金星神秘的地质特征提供了有力的解释。模型显示，金星表面的一些特征，如直径超过1,000公里的圆形「冕状构造」，与「深成-粘盖层」或「间歇性-粘盖层」体制高度吻合。在这些体制中，岩石圈盖因岩浆侵入而减弱形成由地幔柱主导的区域性、间歇性构造活动，而非全球性板块边界网络的活动盖层。研究合著者、中国科学院大学李忠海教授指出：「将我们的模型结果与金星的地质观测进行对比令人兴奋。这为未来的金星探测任务提供了重要的理论依据和观测目标。」
这项研究建立了一个分类和理解行星构造多样性的新框架，为未来的行星探索提供了工具。另一位论文的共同作者、来自伦敦大学学院的 Maxim D BALLMER 博士总结道：「我们的模型将地幔对流与岩浆活动紧密联系起来，让我们能够在统一的理论框架下审视地球漫长的地质历史和金星的现状，也为寻找太阳系外寻找潜在宜居的类地行星和超级地球提供了关键的理论基础。」
如欲了解更多详情，请参阅发表于《自然·通讯》的研究论文《剖析类地行星构造盖层体制的谜题》（Dissecting the puzzle of tectonic lid regimes in terrestrial planets）：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65943-1
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